La dinámica estacional de la fluorescencia inducida por el sol (SIF, línea roja) sigue de cerca la producción primaria bruta diaria acumulada (GPP, línea negra) en el bosque de coníferas en Niwot Ridge, Colorado. Crédito:Adaptado de Magney et Alabama . PNAS (2019)
Los inviernos en el hemisferio norte son brutales. Las duras condiciones llevan a algunas especies a hibernar; los osos reducen su estado metabólico para conservar energía hasta la primavera. Los bosques también soportan el invierno mediante la conservación de energía; cierran la fotosíntesis, el proceso por el cual un pigmento verde llamado clorofila captura la luz solar y el dióxido de carbono (CO2) para producir la energía química que alimenta las plantas. La producción total de energía química resultante de la fotosíntesis se denomina Producción Primaria Bruta (GPP). La GPP en los bosques siempreverdes les dice a los científicos cuánto CO2 están respirando estos vastos y remotos sistemas.
Debido a que la fotosíntesis extrae CO2 de la atmósfera, Comprender la actividad forestal es crucial para rastrear los niveles globales de carbono. Por décadas, Los científicos han utilizado satélites para monitorear los cambios en el verdor de los bosques caducifolios para rastrear la GPP. En otoño e invierno las hojas de hoja caduca se vuelven marrones y caen cuando están inactivas. En primavera y verano la clorofila regresa a medida que las hojas verdes y la fotosíntesis aumentan. Sin embargo, los árboles de hoja perenne conservan sus agujas verdes llenas de clorofila durante todo el año, impidiendo que los científicos detecten el inicio y el declive de la fotosíntesis a gran escala.
Por primera vez, un nuevo estudio ha vinculado los ciclos estacionales de GPP con un proceso que ocurre con la fotosíntesis, pero que recientemente se ha vuelto rastreable por ciertos satélites:la fluorescencia inducida por el sol (SIF). La fotosíntesis ocurre cuando la energía del sol excita la clorofila a un estado de mayor energía. Cuando la clorofila vuelve a su estado normal emite un fotón, produciendo luz demasiado baja para el ojo desnudo. El "resplandor" resultante es el SIF.
Un equipo colaborativo de investigadores utilizó un espectrómetro de barrido en una torre para medir el "resplandor" fluorescente durante toda la temporada en un bosque siempre verde de Colorado. El equipo es el primero en vincular el SIF con la fisiología de la aguja, fotosíntesis del dosel y fluorescencia derivada de satélites. Descubrieron que los patrones de SIF diarios y estacionales coincidían estrechamente con el momento y la magnitud del GPP. En la primavera los árboles de hoja perenne activan la clorofila en sus agujas, que impulsa tanto la fluorescencia como la fotosíntesis, coincidiendo estrechamente con SIF que los satélites han podido medir recientemente.
Una de las formas en que las plantas se protegen durante los duros inviernos es mediante la aplicación de pigmentos fotoprotectores que actúan como "protector solar". El estudio encontró que cuando las plantas aplican este protector solar, tanto la fotosíntesis como la fluorescencia disminuyen, permitiendo a los científicos sentirse seguros en la señal SIF como un proxy para monitorear la respiración (absorción de CO2) de los bosques de hoja perenne.
El sistema de espectrómetro montado sobre una torre en un bosque de coníferas subalpino en Niwot Ridge, Colorado, recopilaron datos entre junio de 2017 y junio de 2018. Los científicos compararon la fluorescencia inducida por el sol (SIF) medida por el sistema con los cambios fisiológicos dentro de las agujas de las coníferas para comprender mejor por qué vemos ciclos estacionales de SIF. Crédito:Troy Magney
Ahora, Los científicos pueden utilizar las mediciones de fluorescencia basadas en satélites como indicador de la actividad fotosintética en los bosques siempreverdes a una escala sin precedentes. Al ver el resplandor de los bosques siempre verdes desde el espacio, podemos comprender mejor cómo estos bosques están respondiendo al cambio climático.
"Estamos intentando desarrollar técnicas para poder 'ver' la fotosíntesis a gran escala, para saber cuánto CO2 consume la biosfera ... manteniendo un dedo en el pulso de la biosfera, "dijo Troy Magney, científico investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y del Instituto de Tecnología de California.
Magney y el equipo recopilaron datos de un sistema de espectrómetro montado en la cima de una torre entre junio de 2017 y junio de 2018 en un bosque de coníferas subalpino en Niwot Ridge, Colorado. Pudieron desenredar los cambios fisiológicos dentro de las agujas de las coníferas para comprender mejor por qué vemos los ciclos estacionales de SIF. Resulta, se trata de los pigmentos.
"Usted y yo podemos quemarnos con el sol. Demasiada radiación ultravioleta dañará nuestras células. Algunas personas pueden protegerse; su piel produce más pigmento melanina para adaptarse a entornos de mucha luz, "dijo David Bowling, profesor de biología en la Universidad de Utah y coautor del estudio. "Las plantas tienen un pero proceso similar ".
Sin fotosíntesis para utilizar la energía del sol, las plantas necesitan protegerse. Los investigadores encontraron que las coníferas producen altos niveles de pigmentos que son parte del ciclo de xantofila que protege sus tejidos del exceso de luz. A lo largo de la temporada la fracción de cambios de "protector solar", más en el invierno, menos en el verano, disminuyendo tanto la fluorescencia como la fotosíntesis.
"Por último, La medición del pequeño resplandor fluorescente de las plantas nos permitirá ver exactamente el momento y la magnitud de la absorción de carbono de la biosfera terrestre. Esto nos ayudará a comprender cómo los bosques están respondiendo al cambio climático y sugerir cómo podrían responder al cambio climático futuro. "dijo Magney.
