Researchers extract stomata-bearing

Researchers extract stomata-bearing leaves from a peat formation in Florida. At some sites, the peat was estimated to be as much as 150 years old. Credit: Emmy Lammertsma
As carbon dioxide levels have risen during the last 150 years, the density of pores that allow plants to breathe has dwindled by 34 percent, restricting the amount of water vapor the plants release to the atmosphere, report scientists from Indiana University Bloomington and Utrecht University in the Netherlands in an upcoming issue of the Proceedings of the National Academy of Sciences (now online).

In a separate paper, also to be published by PNAS, many of the same scientists describe a model they devised that predicts doubling today's carbon dioxide levels will dramatically reduce the amount of water released by plants.

The scientists gathered their data from a diversity of plant species in Florida, including living individuals as well as samples extracted from herbarium collections and peat formations 100 to 150 years old.

"The increase in carbon dioxide by about 100 parts per million has had a profound effect on the number of stomata and, to a lesser extent, the size of the stomata," said Research Scientist in Biology and Professor Emeritus in Geology David Dilcher, the two papers' sole American coauthor. "Our analysis of that structural change shows there's been a huge reduction in the release of water to the atmosphere."

Most plants use a pore-like structure called stomata (singular: stoma) on the undersides of leaves to absorb carbon dioxide from the air. The carbon dioxide is used to build sugars, which can be used by the plant as energy or for incorporation into the plants' fibrous cell walls. Stomata also allow plants to "transpire" water, or release water to the atmosphere. Transpiration helps drive the absorption of water at the roots, and also cools the plants in the same way sweating cools mammals.

If there are fewer stomata, or the stomata are closed more of the day, gas exchange will be limited -- transpiration included."The carbon cycle is important, but so is the water cycle," Dilcher said. "If transpiration decreases, there may be more moisture in the ground at first, but if there's less rainfall that may mean there's less moisture in ground eventually. This is part of the hyrdrogeologic cycle. Land plants are a crucially important part of it."

Dilcher also said less transpiration may mean the shade of an old oak tree may not be as cool of a respite as it used to be.

"When plants transpire they cool," he said. "So the air around the plants that are transpirating less could be a bit warmer than they have been. But the hydrogeologic cycle is complex. It's hard to predict how changing one thing will affect other aspects. We would have to see how these things play out."

While it is well known that long-lived plants can adjust their number of stomata each season depending on growing conditions, little is known about the long-term structural changes in stomata number or size over periods of decades or centuries.

"Our first paper shows connection between temperature, transpiration, and stomata density," Dilcher said. "The second paper really is about applying what we know to the future."

That model suggests that a doubling of today's carbon dioxide levels -- from 390 parts per million to 800 ppm -- will halve the amount of water lost to the air, concluding in the second paper that "plant adaptation to rising CO2 is currently altering the hydrological cycle and climate and will continue to do so throughout this century."

Dilcher and his Dutch colleagues say that a drier atmosphere could mean less rainfall and therefore less movement of water through Florida's watersheds.

The Florida Everglades depend heavily on the slow, steady flow of groundwater from upstate. The siphoning of that water to development has raised questions about the future of the Everglades as a national resource.

More information: "Global CO2 rise leads to reduced maximum stomatal conductance in Florida vegetation" Proceedings of the National Academy of Sciences (online)

"Climate forcing due to optimization of maximal leaf conductance in subtropical vegetation under rising CO2" Proceedings of the National Academy of Sciences (online)
Provided by Indiana University

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นักวิจัยสารสกัดจากใบปากใบแบกจากการก่อพรุในฟลอริด้า ในบางเว็บไซต์, พีทเป็นที่คาดกันว่าจะเป็นมากที่สุดเท่าที่ 150 ปี เครดิต: เอ็มมี่ Lammertsma
ฐานะที่เป็นระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้เกิดขึ้นในช่วง 150 ปีที่ผ่านมามีความหนาแน่นของรูขุมขนที่ช่วยให้พืชที่จะหายใจได้ลดลงร้อยละ 34 โดยการ จำกัด ปริมาณของไอน้ำพืชปล่อยเพื่อบรรยากาศที่นักวิทยาศาสตร์รายงานจาก Indiana University Bloomington และมหาวิทยาลัยอูเทรคในประเทศเนเธอร์แลนด์ในปัญหาที่จะเกิดขึ้นจากการดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (ตอนนี้ออนไลน์). ในกระดาษที่แยกจากกันนอกจากนี้ยังจะได้รับการตีพิมพ์โดย PNAS หลายของนักวิทยาศาสตร์เดียวกันอธิบายรูปแบบที่พวกเขาวางแผนที่คาดการณ์เป็นสองเท่าของวันนี้ ระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างมากจะช่วยลดปริมาณน้ำที่ปล่อยออกมาจากโรงงาน. นักวิทยาศาสตร์ที่รวบรวมข้อมูลของพวกเขาจากความหลากหลายของพันธุ์พืชในฟลอริด้ารวมทั้งบุคคลที่อาศัยอยู่เช่นเดียวกับตัวอย่างที่สกัดจากคอลเลกชันสมุนไพรและการก่อพรุ 100-150 ปี. " เพิ่มขึ้นในการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยประมาณ 100 ส่วนต่อล้านส่วนมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อจำนวนของปากใบและในระดับที่น้อยกว่าขนาดของปากใบ "กล่าวว่านักวิทยาศาสตร์วิจัยทางชีววิทยาและศาสตราจารย์กิตติคุณธรณีวิทยาเดวิด Dilcher ที่สองเอกสาร 'แต่เพียงผู้เดียวผู้เขียนร่วมของชาวอเมริกัน "การวิเคราะห์ของเราว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างแสดงให้เห็นว่ามีการลดลงอย่างมากในการเปิดตัวของน้ำในชั้นบรรยากาศ." พืชส่วนใหญ่ใช้โครงสร้างรูพรุนเหมือนที่เรียกว่าปากใบ (เอกพจน์: ปาก) บนล่างของใบที่จะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ . ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกนำมาใช้ในการสร้างน้ำตาลซึ่งสามารถนำมาใช้โดยพืชพลังงานหรือสำหรับการรวมตัวเข้าไปในพืชผนังเซลล์เส้นใย ยังช่วยให้ปากใบพืชที่ "รั่ว" น้ำหรือปล่อยน้ำสู่บรรยากาศ . การคายช่วยผลักดันการดูดซึมของน้ำที่รากและยังเย็นพืชในลักษณะเดียวกับการทำงานหนักเลี้ยงลูกด้วยนมเย็นหากมีน้อยลงปากหรือปากใบจะปิดมากขึ้นในวันนี้การแลกเปลี่ยนก๊าซจะถูก จำกัด - คายรวม "วัฏจักรคาร์บอนเป็นสิ่งสำคัญ แต่เพื่อให้เป็นวัฏจักรของน้ำ" Dilcher กล่าวว่า "ถ้าการคายลดลงอาจจะมีความชุ่มชื้นมากขึ้นในพื้นดินในตอนแรก แต่หากมีปริมาณน้ำฝนน้อยกว่าที่อาจหมายถึงมีความชื้นน้อยลงในพื้นดินในที่สุด. นี้เป็นส่วนหนึ่งของวงจร hyrdrogeologic. พืชที่ดินเป็นส่วนสำคัญอย่างมากของมัน." Dilcher ยังกล่าวอีกว่าการคายน้อยอาจหมายถึงร่มเงาของต้นโอ๊กเก่าอาจจะไม่เป็นเย็นของการพักผ่อนในฐานะที่เคยเป็น. "เมื่อพืชรั่วเย็นพวกเขา" เขากล่าว "ดังนั้นอากาศรอบโรงงานที่ได้รับการ transpirating น้อยอาจเป็นบิตอุ่นกว่าพวกเขาได้รับ. แต่รอบอุทกธรณีวิทยาที่มีความซับซ้อน. มันยากที่จะคาดการณ์ว่าการเปลี่ยนแปลงสิ่งหนึ่งที่จะส่งผลกระทบด้านอื่น ๆ . เราจะต้องดูว่าสิ่งเหล่านี้เล่น ออก. " ในขณะที่มันเป็นที่รู้จักกันดีว่าพืชระยะยาวสามารถปรับจำนวนของพวกเขาของปากใบในแต่ละฤดูกาลขึ้นอยู่กับสภาพการเจริญเติบโต, เล็ก ๆ น้อย ๆ เป็นที่รู้จักกันเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระยะยาวจำนวนหรือขนาดปากใบในช่วงเวลาหลายสิบปีหรือหลายศตวรรษ. "ของเรา กระดาษครั้งแรกที่แสดงให้เห็นการเชื่อมต่อระหว่างอุณหภูมิคายและความหนาแน่นปากใบ "Dilcher กล่าวว่า ". กระดาษที่สองคือเรื่องจริงเกี่ยวกับการใช้สิ่งที่เรารู้ไปในอนาคต" รูปแบบที่แสดงให้เห็นว่าในวันนี้เพิ่มขึ้นจากระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ - จาก 390 ส่วนต่อล้านถึง 800 ppm - จะลดลงครึ่งหนึ่งปริมาณน้ำที่หายไปในอากาศ สรุปในกระดาษที่สองว่า "การปรับตัวของพืชเพื่อ CO2 ที่เพิ่มขึ้นในปัจจุบันคือการเปลี่ยนแปลงวงจรอุทกวิทยาและสภาพภูมิอากาศและจะยังคงทำเช่นนั้นตลอดศตวรรษนี้". Dilcher และเพื่อนร่วมงานของเขาชาวดัตช์กล่าวว่าบรรยากาศที่แห้งอาจหมายถึงปริมาณน้ำฝนน้อยและดังนั้นจึงเคลื่อนไหวน้อย น้ำผ่านแหล่งต้นน้ำของฟลอริด้า. ฟลอริด้า Everglades ขึ้นอย่างหนักในการช้าไหลคงที่ของน้ำบาดาลจากตอนเหนือของรัฐ การถ่ายเทน้ำเพื่อการพัฒนาที่ได้ยกคำถามเกี่ยวกับอนาคตของเอเวอร์เกลดเป็นทรัพยากรของชาติ. ข้อมูลเพิ่มเติม: "CO2 เพิ่มขึ้นทั่วโลกนำไปสู่การเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูงสุดปากใบพืชลดลงในฟลอริด้า" กิจการของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (ออนไลน์) "สภาพภูมิอากาศ บังคับให้เนื่องจากการเพิ่มประสิทธิภาพของสื่อกระแสไฟฟ้าสูงสุดในใบพืชเขตร้อนภายใต้ CO2 เพิ่มขึ้น "การดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (ออนไลน์) โดยมหาวิทยาลัยอินเดียนา

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นักวิจัยสกัดปากใบ จากการแบกพีทในฟลอริด้า บางเว็บไซต์ที่ , พรุซึ่งเป็นปีเท่าที่ 150 ขึ้นไป เครดิต : เอ็มมี่ lammertsma
เป็นระดับคาร์บอนไดออกไซด์สูงขึ้นในช่วง 150 ปี ความหนาแน่นของรูขุมขนที่ช่วยให้พืชจะหายใจก็ลดลงจาก 34 เปอร์เซ็นต์ จำกัด ปริมาณของไอน้ำที่พืชปล่อยสู่บรรยากาศรายงานของนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอินดีแอนาบลูมมิงตัน และ มหาวิทยาลัย Utrecht ในเนเธอร์แลนด์ในฉบับต่อไปของกิจการของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติ ( ออนไลน์ ) .

ในกระดาษแยกต่างหาก นอกจากนี้ยังได้รับการเผยแพร่โดยพีเอ็นเอ ,หลายของนักวิทยาศาสตร์อธิบายรูปแบบเดียวกันพวกเขาวางแผนที่คาดการณ์มากวันนี้ระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะช่วยลดปริมาณน้ำที่ปล่อยออกมาจากพืช

นักวิทยาศาสตร์รวบรวมข้อมูลจากความหลากหลายของชนิดพืชในฟลอริดา รวมถึงชีวิตบุคคลเช่นเดียวกับตัวอย่างที่สกัดจากคอลเลกชันและการก่อตัวของพีทสมุนไพร 100 - 150 ปี

" การเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 100 ส่วนในล้านส่วนมีผลลึกซึ้งเกี่ยวกับจำนวนและในระดับที่น้อยกว่า ขนาดของปากใบ กล่าวว่า นักวิทยาศาสตร์วิจัยชีววิทยาและศาสตราจารย์เกียรติคุณในด้านธรณีวิทยา เดวิด dilcher สองเอกสาร ' โซลชาวอเมริกันผู้เขียนร่วม ." การวิเคราะห์ของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างให้มีการลดขนาดใหญ่ในการปล่อยน้ำสู่บรรยากาศ "

พืชส่วนใหญ่ใช้รูขุมขนเหมือนกับโครงสร้างที่เรียกว่าปากใบ ( เอกพจน์ : ชาร์ป ) ใน undersides ใบเพื่อดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ คาร์บอนไดออกไซด์ที่ใช้ในการสร้างน้ำตาลซึ่งสามารถใช้โดยพืชพลังงาน หรือเข้าไปในเซลล์ของพืชมีผนัง และยังช่วยให้พืช " ปรากฏ " น้ำหรือปล่อยน้ำในบรรยากาศ การคายน้ำจะช่วยขับการดูดซึมน้ำที่ราก และเมื่อพืชในเหงื่อเย็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเหมือนกัน

ถ้ามีน้อยกว่าใบหรือใบจะปิดอีกวันการแลกเปลี่ยนก๊าซจะถูกจำกัด -- การคายน้ำรวม " วัฏจักรของคาร์บอนเป็นสิ่งสำคัญ แต่มันวัฏจักรของน้ำ " dilcher กล่าว ถ้าการคายน้ำลดลง อาจจะมีความชื้นในพื้นดินที่แรก แต่ถ้ามันน้อยกว่าปริมาณน้ำฝนที่อาจหมายถึงมีความชื้นน้อยในดินในที่สุด นี้เป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักร hyrdrogeologic . พืชที่ดินเป็นส่วนหนึ่งที่สำคัญของ "