Ученые взяли под колпак климат будущего

В лаборатории на юге Франции, готовясь к изменениям климата, изучают, как вырастить сельскохозяйственные культуры, которым не страшны ни зной, ни засуха, ни рост содержания CО2. О центре «Экотрон» — в совместном проекте BFM.ru и журнала Science Illustrated

•Чтобы узнать, как природа отреагирует на экстремальный климат будущего, ученые будут наблюдать за реакцией растений на изменения температуры, влажности и содержания в воздухе CO2.

На французском высокогорье можно наблюдать необычную картинку: зеленые луга бороздит мощный мобильный погрузчик, «пересаживая» в специально оборудованный грузовик контейнеры с землей. Далее грузовик отправляется в «Экотрон» — научно-исследовательский центр, расположенный близ Монпелье на юге Франции. В контейнерах содержатся образцы экосистемы — по несколько тонн каждый. В «Экотроне» почвенные брикеты перенесут под прозрачные купола, каждый из которых представляет собой маленькую изолированную лабораторию со своим микроклиматом. Купола изготовлены из пластичного материала, напоминающего тефлон. «Он пропускает 80% солнечного света, а это очень важно, так как ультрафиолет играет огромную роль в жизни и растений, и вредителей», — поясняет Жак Рой, директор по исследованиям «Экотрона».

Как создают климат
Возведение и обустройство французского «Экотрона» обошлось в 7 млн евро. Это часть Национального центра научных исследований Франции. «Экотрон» состоит из 12 куполов, под которыми в течение 18 лет будут вестись наблюдения за растениями. Ученые провели лето за калибровкой измерительных приборов, чтобы в ходе экспериментов точно настроить температуру, влажность и содержание CO2 в воздухе. Кроме того, обеспечена возможность добавления различных форм загрязнений в поступающий в купола воздух. Благодаря измерительным приборам можно будет получать данные о фотосинтезе растений, испарении влаги с листьев, росте корней, влажности почвы и вымывании из нее питательных веществ, а также о выделяемых почвой газах. Также будет предпринята попытка выяснить роль биоразнообразия при изменении климата — другими словами, будет изучен вопрос о том, окажутся ли растительные сообщества, состоящие из множества видов, более выносливыми, чем сообщества, состоящие всего из нескольких видов.

«В первую очередь мы собираемся изучить и протестировать реакции растений на те климатические изменения, которые, по мнению французского метеоинститута, в 2050 году будут наиболее вероятны для «родины» наших подопытных. А здесь ожидается повышение температуры на 2–4 градуса и сокращение количества осадков в летний период на 10–30% по сравнению с тем, что мы имеем сегодня», – уточняет Жак Рой.

Температура будет расти

В половине куполов условия постепенно ужесточатся в соответствии с климатическими прогнозами до 2100 года. К тому времени в центральной части Франции ожидается повышение температуры на 3–4 градуса, а также сокращение количества осадков в летний период как минимум на 30%. По прогнозам МГЭИК, средняя температура на Земле может увеличиться примерно на 2 градуса.

Ожидается, что в Европе климатические изменения будут сильнее. Особенно серьезно от жары и засухи пострадает юг. Когда через 40 лет население Земли достигнет 9 млрд человек, то есть на 2 млрд больше, чем сейчас, сельскохозяйственное производство окажется в пиковой ситуации, и в ближайшие десятилетия придется решать проблему эффективного сельского хозяйства. Не случайно «Экотрон» планирует изучить реакцию луговых растительных сообществ на климатические изменения. Даже если удастся стабилизировать количество выбросов CO2, их в атмосфере накопилось уже столько, что глобальное потепление может затянуться надолго. Поэтому одна из наиболее насущных задач — понять, как вырастить сельскохозяйственные культуры, которым не страшны ни зной, ни засуха, ведь растения обеспечивают людей и животных основными продуктами питания.

Перспективы для сельского хозяйства

Концентрация углекислого газа в атмосфере в настоящее время составляет 391 промилле (одна миллионная доля), и этот показатель увеличивается на 2–3 промилле в год. Пшенице и рису эти изменения идут лишь на пользу, так как CO2 стимулирует процесс фотосинтеза. На урожайность кукурузы и сорго, важнейших продовольственных культур в Африке и Азии, рост CO2 особого влияния не оказывает, однако для подавляющего большинства сельскохозяйственных культур этот рост грозит сокращением площади устьиц — микроскопических пор на листьях растений, через которые поступает воздух. Устьица поглощают углекислый газ, а сокращение их площади повышает устойчивость растений к засухам.

Увеличение содержания CO2 само по себе не содержит угрозы существованию культур. Но повышение температуры, вызванное ростом CO2 в атмосфере, будет иметь серьезные последствия. Ускоренное развитие и, соответственно, более раннее созревание приведут к снижению урожайности. А в условиях экстремальных температур (например, выше 35 градусов) растения могут погибнуть. Ученые Национальной академии наук предупреждают, что увеличение средней температуры всего лишь на градус понизит урожайность на 5–10%, поэтому так важно вывести устойчивые и высокоурожайные культуры.

Эксперимент «Экотрона» имеет огромное значение не только для выведения жаро- и засухоустойчивых культур, он поможет изучить процессы преобразования и использования растениями углерода в составе CO2, особенно когда его количество увеличивается. Французский «Экотрон» считается самой современной растительной лабораторией в мире, хотя под этим названием работают и другие лаборатории, изучающие развитие растений в контролируемой среде. В частности, подобная лаборатория использовалась NASA в рамках проекта по подготовке к долгосрочным пилотируемым космическим полетам.

Углекислый газ ускоряет процесс фотосинтеза

Центр биологии при Лондонском императорском колледже проводил эксперимент с целью изучения реакции растений на уровень CO2, ожидаемый, по прогнозам ученых, к 2060 году. В ходе эксперимента температуру повысили на 2 градуса, что дало эффект гораздо более ощутимый, чем увеличение содержания углекислого газа. Повышенное содержание CO2 ускорило процессы фотосинтеза, в результате чего к корням растений поступило больше углерода. В ответ последовала неожиданная реакция почвенных микроорганизмов: полностью изменился состав видов в почве и, следовательно, способ разложения органических веществ.
При повышении содержания CO2 в атмосфере корневая система начинает запасать углерод. Насколько это принципиально, британские ученые пока не выяснили. Процесс обработки растениями углерода также станет предметом исследований во французском экспериментальном центре. Жак Рой сообщил о планируемом запуске определенных изотопов углерода в купола, чтобы понаблюдать, каким образом растения поглощают и накапливают их.

Хотя первоочередным объектом исследований являются травы горных лугов, по словам Жака Роя, это всего лишь начало. В «Экотроне» можно изучать не только дикорастущие растения, но и всевозможные сельскохозяйственные культуры.