植物在调节地球气候方面起着关键作用，但不列颠哥伦比亚大学最近的研究表明，温度升高可能会破坏这种平衡，因为植物正在泄漏比以前认为的更多的水。
不列颠哥伦比亚大学助理教授Sean Michaeltz博士是植物学系新成立的Sloan研究员，他研究植物对热的反应。他的发现挑战了长期以来关于植物失水的假设，并可能改变气候模型预测未来变暖的方式。
“渗漏”植物与气候变化有什么关系？
我们整个生物圈都依赖于植物。在光合作用过程中，植物通过叶片上的小孔吸收二氧化碳，并利用光“呼出”水蒸气和氧气进行交换。由于二氧化碳是全球变暖的主要驱动因素，了解温度如何影响这一过程对于预测气候变化至关重要。
以前人们认为植物的大部分水分是通过气孔流失的，而气孔在高温下会关闭以保存水分。但我们的研究发现，随着温度的升高，植物通过角质层——叶子上的蜡质层——失去的水分会更多，而蜡质层比毛孔更紧密。角质层越薄，水分损失越大。
这意味着，在极端高温下，植物会继续失水，但不能吸收二氧化碳，从而限制光合作用，降低其作为碳汇的作用。在极端温度下，它们甚至可能成为碳源，加速气候变化。
我的计算表明，一片中等大小的叶子暴露在50°C的温度下，每天通过角质层损失大约三分之一茶匙的水。扩大到整个森林，这可能会改变全球水和碳循环——我们目前的气候变化模型可能低估了这一影响。
多热是太热？
在另一项对温哥华200种植物的研究中，我们发现光合作用在40到51℃之间开始分解。在2021年的热穹顶期间，温度飙升至49.6℃，将电厂推向极限。
我们正在进行的研究表明，60°C可能是植物能够生存的最高温度，超过这一温度，蛋白质就会分解，导致细胞损伤和死亡。只有少数沙漠和热带物种在如此极端的温度下存活下来。
在全球范围内，研究人员正在努力确定“临界点”，即地球植被释放的二氧化碳多于吸收的二氧化碳，从碳汇转变为碳源。我们的估计表明，这可能发生在30°C左右，尽管关键的不确定性仍然存在，特别是小气候和水的可利用性如何影响极端高温下的光合作用。
由于全球平均温度已经达到16℃，了解这些极限对于预测气候反馈回路和地球生态系统在全球变暖中的未来至关重要。
我们能从人造生物圈中学到什么？
作为一名博士后，我在生物圈2号工作，这是一个最初设计为自我维持、封闭的生态系统的研究设施。被称为“生物圈人”的研究人员被密封在室内，计划进行为期两年的实验，以测试人类是否能够在没有外部氧气或供给的情况下生存。我们的目标是在地球上测试这个概念，有一天把这样的圆顶送入太空。然而，实验面临着意想不到的挑战：混凝土养护导致二氧化碳的积累，而长期的隔离引发了生物圈人的社会和心理压力。
生物圈2号后来变成了一个研究和公共教育中心，我在那里研究高温如何影响实验雨林中的植物。
植物经历了数亿年的气候变化，但所有物种都面临着物理定律设定的上限。虽然有些植物比其他植物能更好地耐受更高的温度，但确切的临界点——以及植物何时达到临界点——仍然不确定。但根据最近的测量，我们可能比我们想象的更接近。
