新的研究表明，氣候變化已經使一小部分熱帶樹葉變得非常熱，以至於它們的光合作用機制被烤壞和破壞。
這項週三發表在《自然》雜誌上的研究發現，即使周圍的空氣明顯涼於葉片本身，仍有約 0.01% 的單個葉片會達到臨界溫度，此時光合作用所需的酶會經歷一個稱為變性的過程——與蛋糕糊中的雞蛋蛋白質在烤箱中經歷的不可逆變化型別相同。“這項研究為我們已經憑直覺瞭解到的情況提供了一些非常確鑿的資料：對於樹木和熱帶森林來說，天氣變得太熱了，”佛羅里達州立大學的全球變化生態學家斯蒂芬妮·保羅說，她沒有參與這項新的研究。
雖然目前只有一小部分葉片達到這種發熱狀態，但研究合著者、北亞利桑那大學的地球系統科學家克里斯托弗·多蒂表示，研究結果仍然比他預期的更令人震驚。“現在這些葉子變得如此熱的情況非常罕見，”他說。“但實際上令人驚訝的是，竟然有任何葉子達到了那個程度，因為它遠高於氣溫。”
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保羅說，另一個令人擔憂的原因是，熱帶森林對於碳儲存和生物多樣性至關重要——並且它們已經受到森林砍伐的嚴重威脅。如果樹木上有足夠多的葉子死亡，樹木本身也會死亡，這意味著氣溫上升可能會逐漸侵蝕這些森林。
這項新的研究包括三個部分。首先，科學家們回顧了旨在瞭解單個葉片在溫度升高時會發生什麼變化的實驗。然後，他們查閱了揭示當地氣溫的衛星資料。最後，他們建立了一個計算機模型，以瞭解隨著全球氣溫持續升高，熱帶森林可能如何反應。
多蒂說，研究氣溫升高如何影響單個葉片是一項棘手的工作。然而，一些研究已經解決了這個問題，針對不同地點和不同溫度升高的各種熱帶樹種進行了研究。這些實驗共同幫助新研究背後的團隊確定了熱帶樹木葉片中光合作用普遍停止的溫度：大約 46.7 攝氏度。
（多蒂說，對於在較高緯度地區發現的樹木來說，這個溫度相似但略低。對於這項研究，科學家們決定部分地關注熱帶森林，因為它們在碳迴圈中起著至關重要的作用，而且熱帶地區的氣溫通常較高，並且在一日或一年中的變化較小，而有規律的溫度波動可以保護溫帶樹木。）
接下來，研究人員轉向了安裝在國際空間站外部並於 2018 年開始工作的 ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS) 收集的資料。科學家們使用了截至 2020 年的資料，並希望用更新的資訊重新審視這項研究。
解析度較低的儀器基本上取的是一大片森林的平均溫度，但 ECOSTRESS 提供了更詳細的樹冠溫度檢視。多蒂說，這對於這項工作至關重要，因為它識別出了葉片可能達到光合作用停止的臨界溫度的微小區域。“真正重要的不是平均溫度，”他說。“平均值會掩蓋所有那些非常高的溫度和那些非常熱的葉子。”
最後，研究人員建立了一個計算機模型，試圖瞭解飆升的氣溫可能以多快的速度殺死熱帶樹木。他們發現，噹噹地平均氣溫升高約 4 攝氏度時，可能會出現臨界點。也就是說，多蒂指出，建模是一項棘手的工作，涉及許多重大問題。例如，科學家們知道進行光合作用的葉子會冷卻周圍的空氣，因此隨著它們的死亡，鄰近葉子的溫度會更快地升高。但是，這種反饋升級的速度仍然不清楚。保羅說，至少有一些熱帶樹木可能能夠適應高溫並在更高的溫度下進行光合作用。
儘管如此，保羅補充說，這項新研究是對熱帶森林面臨的風險的重要審視。“我認為這非常令人興奮，”她說。“這項研究為我們對未來可以預期的結果以及熱帶森林目前離這些臨界閾值有多近提供了一些確鑿的資料。”保羅還指出，即使在葉子（以及最終的整棵樹）死亡之前，隨著溫度逐漸升高，光合作用也會減慢。“不需要變得那麼熱，我們就能看到像碳和水迴圈這樣非常龐大的地球系統過程發生巨大的轉變，”她說。
然而，多蒂在研究中看到了希望。他說，如果我們全球領導人不採取措施應對氣候變化，我們可能會看到氣溫上升 4 攝氏度。但是，減少碳排放和限制森林砍伐可以將最壞的情況排除在外。“熱帶地區並非註定要滅亡，我們對此也並非無能為力，”他說。