Canopée de la forêt tropicale à Caxiuanã, Brésil. Crédit :Jake Bryant
Les phytologues ont observé que lorsque les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère augmentent, la plupart des plantes font quelque chose d'inhabituel :elles épaississent leurs feuilles.
Et puisque l'activité humaine augmente les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, les plantes à feuilles épaisses semblent être dans notre avenir.
Mais les conséquences de cette réponse physiologique vont bien au-delà des feuilles plus lourdes sur de nombreuses plantes. Deux scientifiques de l'Université de Washington ont découvert que les plantes aux feuilles plus épaisses peuvent exacerber les effets du changement climatique car elles seraient moins efficaces pour séquestrer le carbone atmosphérique, un fait que les modèles de changement climatique à ce jour n'ont pas pris en compte.
Dans un article publié le 1er octobre dans la revue Cycles biogéochimiques mondiaux , les chercheurs rapportent que, lorsqu'ils ont incorporé ces informations dans les modèles climatiques mondiaux sous les niveaux élevés de dioxyde de carbone atmosphérique attendus plus tard ce siècle, le "puits de carbone" global apporté par les plantes était moins productif, laissant environ 5,8 pétagrammes supplémentaires, soit 6,39 millions de tonnes, de carbone dans l'atmosphère par an. Ces niveaux sont similaires à la quantité de carbone rejetée dans l'atmosphère chaque année en raison des émissions de combustibles fossiles d'origine humaine :8 pétagrammes, soit 8,8 millions de tonnes.
« Les plantes sont flexibles et répondent à différentes conditions environnementales, " a déclaré l'auteur principal Abigail Swann, un professeur assistant de l'UW en sciences de l'atmosphère et en biologie. "Mais jusqu'à maintenant, personne n'avait essayé de quantifier comment ce type de réponse au changement climatique modifierait l'impact des plantes sur notre planète. »
Cette carte montre la répartition mondiale du réchauffement supplémentaire dû à l'épaississement des feuilles - au-delà de l'effet de l'élévation du dioxyde de carbone atmosphérique à 710 ppm - qui a été projetée dans les simulations de Kovenock et Swann. Crédit :Kovenock et Swann, 2018, Cycles biogéochimiques mondiaux
En plus d'un puits de carbone végétal affaibli, les simulations de Swann et Marlies Kovenock, un doctorant UW en biologie, ont indiqué que les températures mondiales pourraient augmenter de 0,3 à 1,4 degrés Celsius supplémentaires au-delà de ce qui a déjà été prévu par les scientifiques étudiant le changement climatique.
"Si ce trait unique - l'épaisseur des feuilles - dans les niveaux élevés de dioxyde de carbone a un impact si significatif sur le cours du changement climatique futur, nous pensons que les modèles climatiques mondiaux devraient prendre en compte d'autres aspects de la physiologie et du comportement des plantes lorsqu'ils essaient de prévoir à quoi ressemblera le climat à la fin de ce siècle, " dit Kovenock, qui est l'auteur principal de l'article.
Les scientifiques ne savent pas pourquoi les plantes épaississent leurs feuilles lorsque les niveaux de dioxyde de carbone augmentent dans l'atmosphère. Mais la réponse a été documentée à travers de nombreux types d'espèces végétales, tels que les arbres ligneux; des cultures de base comme le blé, riz et pommes de terre; et d'autres plantes qui subissent une fixation du carbone C3, la forme de photosynthèse qui représente environ 95 pour cent de l'activité photosynthétique sur Terre.
Les feuilles peuvent s'épaissir jusqu'à un tiers, qui modifie le rapport surface/masse de la feuille et altère les activités des plantes comme la photosynthèse, échange de gaz, refroidissement par évaporation et stockage du sucre. Les plantes sont des modulateurs essentiels de leur environnement - sans elles, L'atmosphère terrestre ne contiendrait pas l'oxygène que nous respirons - et Kovenock et Swann pensaient que cette réponse critique et prévisible d'épaississement des feuilles était un point de départ idéal pour essayer de comprendre comment les changements généralisés de la physiologie des plantes affecteraient le climat de la Terre.
"Les phytobiologistes ont rassemblé de grandes quantités de données sur la réponse de l'épaississement des feuilles à des niveaux élevés de dioxyde de carbone, y compris les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique que nous verrons plus tard ce siècle, " a déclaré Kovenock. "Nous avons décidé d'incorporer les effets physiologiques connus de l'épaississement des feuilles dans les modèles climatiques pour savoir quel effet, si seulement, cela aurait à l'échelle mondiale."
Scène près de la station biologique de la forêt nuageuse de Wayqecha dans le parc national de Manú au Pérou. Crédit :Abigail Swann
Un article publié en 2009 par des chercheurs en Europe et en Australie a collecté et catalogué les données d'années d'expériences sur la façon dont les feuilles des plantes changent en réponse à différentes conditions environnementales. Kovenock et Swann ont incorporé les données rassemblées sur les réponses du dioxyde de carbone dans les modèles du système terrestre qui sont largement utilisés pour modéliser l'effet de divers facteurs sur les modèles climatiques mondiaux.
La concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère oscille aujourd'hui autour de 410 parties par million. En un siècle, il peut monter jusqu'à 900 ppm. The carbon dioxide level that Kovenock and Swann simulated with thickened leaves was just 710 ppm. They also discovered the effects were worse in specific global regions. Parts of Eurasia and the Amazon basin, par exemple, showed a higher minimum increase in temperature. In these regions, thicker leaves may hamper evaporative cooling by plants or cloud formation, said Kovenock.
Swann and Kovenock hope that this study shows that it is necessary to consider plant responses to climate change in projections of future climate. There are many other changes in plant physiology and behavior under climate change that researchers could model next.
"We now know that even seemingly small alterations in plants such as this can have a global impact on climate, but we need more data on plant responses to simulate how plants will change with high accuracy, " said Swann. "People are not the only organisms that can influence climate."
