L’incremento della concentrazione di CO2 ha cambiato la fotosintesi

Nella maggior parte delle piante, l’assimilazione della CO₂ attraverso la fotosintesi è ridotta dalla fotorespirazione. Il gruppo di ricerca ha dimostrato che l’aumento della CO₂ atmosferica durante il XX secolo ha spostato l’equilibrio fra fotosintesi e fotorespirazione a favore della fotosintesi. Questo cambiamento ha contribuito ad attenuare da parte della vegetazione globale il cambiamento climatico, assorbendo un terzo delle emissioni antropiche di CO₂. La foto-respirazione è in relazione diretta con la temperatura; dunque, temperatura e CO₂ hanno effetti opposti sulla stessa. Questo implica che il cambiamento metabolico dovuto alla CO₂ è attualmente contrastato dall’aumento di temperatura.

La capacità della vegetazione ad assimilare CO₂ non è solo un fattore decisivo nella regolazione biogeochimica del carbonio, ma lo è anche nei modelli previsionali di cambiamento climatico e di scenari futuri di assetto agrario e vegetazionale del pianeta. Questo studio retrospettivo, eseguito su campioni di piante collezionate in erbari, ha potuto valutare quanto l’aumento della CO₂ atmosferica durante il XX secolo abbia stimolato il sequestro della stessa da parte della vegetazione.

“Lo studio della risposta delle piante all’aumento della CO₂ di lungo termine (decadi o secoli) si è basato finora su simulazioni in esperimenti a breve termine. Infatti, metodi per determinare cambiamenti metabolici sul lungo termine non sono attualmente disponibili. Ricostruendo i cambiamenti metabolici passati, noi gettiamo le basi per modelli migliori di performance delle piante” dice Jürgen Schleucher, professore al Dipartimento di Biochimica e Biofisica Medica dell’Università di Umeå, leader del gruppo che ha condotto lo studio.

“Abbiamo studiato differenti specie a metabolismo C₃, ovvero le piante maggiormente coinvolte nei flussi di fotosintesi globale e nella nutrizione umana” dice Jürgen Schleucher. “In campioni di barbabietola da zucchero cresciuti in tempi differenti fra il 1890 ed il 2012, abbiamo osservato un cambiamento dei flussi metabolici che si possono spiegare con il cambiamento causato dalla CO₂, senza notare influenze dovute a differenze varietali, pratiche agronomiche o breeding.”

I ricercatori del gruppo hanno sviluppato una nuova metodologia utilizzando il laboratorio di Risonanza Magnetica Nucleare disponibile alla facility dell’Università di Umeå “NMR for Life”. Ciò ha consentito di comparare il metabolismo fotosintetico nel materiale storico, conservato in erbari, con quello di piante attuali. Attraverso lo studio del pattern isotopico del carbonio intramolecolare del glucosio, fissato durante la fotosintesi, i ricercatori hanno scoperto che i cambiamenti nei flussi metabolici dipendevano dai diversi livelli di CO₂. Il metodo è stato calibrato mediante esperimenti in serra, condotti dalla stessa Angela Augusti sotto tutoraggio del prof. Schleucher. I risultati hanno mostrato per la prima volta la relazione quantitativa fra CO₂ e cambiamento metabolico, ponendo le basi per comparare piante di tempi storici e piante attuali. Ciò ha rivelato le dinamiche dei cambiamenti metabolici nelle piante, in risposta agli sconvolgimenti ambientali del secolo scorso.