درختان نفس خود را در طول آتش‌سوزی حبس می‌کنند!

راز بقا: هنگامی که دود آتش‌سوزی در هوا پخش می‌شود، پزشک‌ها مردم را تشویق می‌کنند که در فضای داخلی بمانند تا از تنفس در ذرات و گاز‌های مضر اجتناب کنند؛ اما چه اتفاقی برای درخت‌ها و دیگر گیاهانی رخ می‌دهد که نمی‌توانند از دود فرار کنند؟

درخت‌ها اندکی مشابه ما واکنش نشان می‌دهند؛ برخی از آن‌ها می‌توانند پنجره‌ها و درهایشان را ببندند و نفسشان را حبس کنند. گروهی از دانشمندان علوم جوی و شیمی که کیفیت هوا و آثار زیست‌بومی دود‌های آتش‌سوزی و دیگر آلاینده‌ها را مطالعه می‌کنند، وقتی دود محوطه‌ی تحقیقاتی آن‌ها در کلرادوی آمریکا را دربرگرفته بود، به‌صورت کاملا تصادفی توانستند نحوه‌ی واکنش برگ‌های درختان کاج زنده را به‌صورت آنی مشاهده کنند.

چگونگی تنفس گیاهان

گیاهان روی سطح برگ‌های خود دارای سوراخ‌هایی به نام روزنه هستند. این حفره‌ها به دهان ما شباهت دارند، با این تفاوت که ما اکسیژن را استنشاق و کربن‌دی‌اکسید را دفع می‌کنیم؛ در حالی که گیاهان کربن‌دی‌اکسید استنشاق و اکسیژن را دفع می‌کنند.

انسان‌ها و گیاهان هر دو مواد شیمیایی موجود در هوای اطراف را جذب و مواد شیمیایی تولیدشده در بدنشان را دفع می‌کنند. با این‌حال برخلاف انسان‌ها، برگ‌ها به‌صورت همزمان دم و بازدم را انجام می‌دهند و به‌صورت پیوسته‌ای گاز‌های جوی را دفع و جذب می‌کنند.

سرنخ‌های بیش از یک قرن پژوهش

دانشمندان در اوایل سده‌ی ۱۹۰۰ میلادی با بررسی درخت‌ها در محیط‌های به‌شدت آلوده متوجه شدند که درختانی که به‌صورت مزمن در معرض آلودگی ناشی از سوخت زغال‌سنگ قرار دارند، دارای گرده‌های سیاهی هستند که از طریق تنفس گیاهان، روزنه‌های برگ‌هایشان را مسدود کرده‌اند. آن‌ها گمان می‌کردند که مواد موجود در این گرده‌ها تا اندازه‌ای توسط درختان ایجاد شده‌اند، اما به دلیل نبود ابزار مناسب در آن زمان، ویژگی‌های شیمیایی این دانه‌ها یا اثر آن‌ها بر فوتوسنتز گیاهان هرگز بررسی نشد.

اغلب پژوهش‌های امروزی درباره‌ی پیامد‌های دود آتش‌سوزی بر محصولات کشاورزی تمرکز داشته و نتایجشان متناقض بوده است. برای مثال پژوهشی درباره‌ی محصولات متعدد و تالاب‌های کالیفرنیا نشان می‌دهد که دود‌ها باعث پخش نور به‌گونه‌ای می‌شوند که فوتوسنتز و رشد گیاهان را بهینه‌تر می‌کنند. با این‌حال بر اساس پژوهشی آزمایشگاهی که در آن گیاهان در معرض دود مصنوعی قرار داشتند، بهره‌وری گیاهان در طول قرار گرفتن در معرض دود و پس از آن کاهش یافت. گرچه گیاهان پس از چند ساعت بهبود یافتند.

سرنخ‌های دیگری وجود دارند که نشان می‌دهند دود آتش‌سوزی می‌تواند به شیوه‌های منفی بر گیاهان تأثیر بگذارد.

چه عاملی باعث سمی شدن دود‌ها می‌شود؟

هنگامی که دود ناشی از آتش‌سوزی مسافت‌های طولانی را طی می‌کند، دود در نور خورشید پخته شده و از نظر شیمیایی تغییر می‌کند.

مخلوط‌شدن ترکیب‌های آلی فرار، اکسید‌های نیتروژن و نور خورشید باعث ایجاد اوزون در سطح زمین می‌شود که می‌تواند به مشکلات تنفسی در انسان‌ها بینجامد. همچنین می‌تواند با تخریب سطح برگ و اکسیدسازی بافت گیاه و کندسازی فتوسنتز به گیاهان آسیب بزند.

با اینکه معمولا دانشمندان مناطق شهری را به‌عنوان منابع بزرگ اوزون درنظر می‌گیرند، دود ناشی از آتش‌سوزی‌های بزرگ مسئله‌ای نگران‌کننده است. ترکیب‌های دیگر از جمله اکسید‌های نیتروژن نیز می‌توانند به گیاهان آسیب بزنند و سطح فتوسنتز را کاهش دهند.

به‌طورکلی پژوهش‌ها نشان می‌دهند که دود آتش‌سوزی به روش‌هایی که هنوز آشکار نیست، با گیاهان تعامل دارد. نبود پژوهش‌ها به این دلیل است که بررسی آثار دود بر برگ درختان زنده در حیات‌وحش کار دشواری است. به‌سختی می‌توان آتش‌سوزی در حیات وحش را پیش‌بینی کرد و قرار گرفتن در موقعیت دودزا هم امن نخواهد بود.

از ابتدا قرار نبود پژوهشگر‌ها واکنش گیاهان به دود آتش‌سوزی را بررسی کنند، بلکه قصد داشتند درباره‌ی چگونگی انتشار ترکیب‌های آلی فرار از گیاهان پژوهش کنند. این مواد شیمیایی بر کیفیت هوا تأثیر می‌گذارند و حتی می‌توانند ابر‌ها را تغییر دهند. پاییز ۲۰۲۰ فصل بدی برای آتش‌سوزی‌ها در غرب ایالات متحده بود و دود‌های متراکم به محل کار پژوهشگر‌ها در کوه‌های راکی کلرادو رسید.

در اولین صبح پس از انتشار دود‌های سنگین، پژوهشگر‌ها مشغول آزمایش و اندازه‌گیری فتوسنتز سطح برگ کاج‌های پوندروسا بودند. آن‌ها در کمال شگفتی متوجه شدند که روزنه‌های درختان به‌طور کامل بسته شد و سطح فتوسنتز تقریبا به صفر رسید.

پژوهشگر‌ها همچنین به اندازه‌گیری انتشار ترکیب‌های آلی فرار معمولی از برگ‌ها پرداختند و با قرائت‌های بسیار اندکی روبه‌رو شدند؛ بنابراین برگ‌ها در شرایط آتش‌سوزی در وضعیت تنفس قرار نداشتند و کربن‌دی‌اکسید لازم برای رشد خود را جذب نمی‌کردند و همچنین مواد شیمیایی متداول را از طریق بازدم منتشر نمی‌کردند.

با توجه به نتایج غیرمنتظره، پژوهشگر‌ها تصمیم گرفتند گیاهان را وادار به فتوسنتز کنند و ببینند می‌توانند برگ‌ها را به ریتم عادی بازگردانند یا خیر. با تغییر رطوبت برگ‌ها و دمایشان، راه‌های هوایی برگ‌ها پاکسازی و بهبود ناگهانی در فتوسنتز و انفجار ترکیب‌های آلی فرار مشاهده شد.

بررسی داده‌ها به‌مدت چندین ماه نشان داد که برخی گیاهان به هجوم سنگین دود آتش‌سوزی از طریق غیرفعال‌سازی تبادل خود با هوای بیرون واکنش نشان می‌دهند. آن‌ها به محض قرار گرفتن در معرض دود، به شکلی بهینه نفس خود را حبس می‌کنند.

پژوهشگر‌ها فهرستی از چند فرآیند را تهیه کردند که می‌توانند باعث شوند برگ‌ها حفره‌های خود را ببندند: ذرات دود می‌توانند برگ‌ها را بپوشانند و لایه‌ای را ایجاد کنند که مانع از باز شدن حفره‌ها می‌شوند. دود هم می‌تواند وارد برگ‌ها شده و روزنه‌هایشان را مسدود کند و آن‌ها را چسبناک سازد. یا اینکه ممکن است برگ‌ها به صورت فیزیکی به اولین نشانه‌های دود واکنش نشان دهند و حفره‌های خود را پیش از آنکه اوضاع بدتر شود، ببندند. به‌طورکلی ترکیبی از شرایط در این واکنش‌ها نقش دارند.

هنوز بررسی‌ها درباره‌ی پیامد‌های بلندمدت دود آتش‌سوزی و تأثیر تکرار این رخداد‌ها بر گیاهان از جمله درختان و محصولات کشاورزی ادامه دارد.

منبع: زومیت