新的研究表明，气候变化已经使一小部分热带树叶变得非常热，以至于它们的光合作用机制被烤坏和破坏。
这项周三发表在《自然》杂志上的研究发现，即使周围的空气明显凉于叶片本身，仍有约 0.01% 的单个叶片会达到临界温度，此时光合作用所需的酶会经历一个称为变性的过程——与蛋糕糊中的鸡蛋蛋白质在烤箱中经历的不可逆变化类型相同。“这项研究为我们已经凭直觉了解到的情况提供了一些非常确凿的数据：对于树木和热带森林来说，天气变得太热了，”佛罗里达州立大学的全球变化生态学家斯蒂芬妮·保罗说，她没有参与这项新的研究。
虽然目前只有一小部分叶片达到这种发热状态，但研究合著者、北亚利桑那大学的地球系统科学家克里斯托弗·多蒂表示，研究结果仍然比他预期的更令人震惊。“现在这些叶子变得如此热的情况非常罕见，”他说。“但实际上令人惊讶的是，竟然有任何叶子达到了那个程度，因为它远高于气温。”
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保罗说，另一个令人担忧的原因是，热带森林对于碳储存和生物多样性至关重要——并且它们已经受到森林砍伐的严重威胁。如果树木上有足够多的叶子死亡，树木本身也会死亡，这意味着气温上升可能会逐渐侵蚀这些森林。
这项新的研究包括三个部分。首先，科学家们回顾了旨在了解单个叶片在温度升高时会发生什么变化的实验。然后，他们查阅了揭示当地气温的卫星数据。最后，他们建立了一个计算机模型，以了解随着全球气温持续升高，热带森林可能如何反应。
多蒂说，研究气温升高如何影响单个叶片是一项棘手的工作。然而，一些研究已经解决了这个问题，针对不同地点和不同温度升高的各种热带树种进行了研究。这些实验共同帮助新研究背后的团队确定了热带树木叶片中光合作用普遍停止的温度：大约 46.7 摄氏度。
（多蒂说，对于在较高纬度地区发现的树木来说，这个温度相似但略低。对于这项研究，科学家们决定部分地关注热带森林，因为它们在碳循环中起着至关重要的作用，而且热带地区的气温通常较高，并且在一日或一年中的变化较小，而有规律的温度波动可以保护温带树木。）
接下来，研究人员转向了安装在国际空间站外部并于 2018 年开始工作的 ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS) 收集的数据。科学家们使用了截至 2020 年的数据，并希望用更新的信息重新审视这项研究。
分辨率较低的仪器基本上取的是一大片森林的平均温度，但 ECOSTRESS 提供了更详细的树冠温度视图。多蒂说，这对于这项工作至关重要，因为它识别出了叶片可能达到光合作用停止的临界温度的微小区域。“真正重要的不是平均温度，”他说。“平均值会掩盖所有那些非常高的温度和那些非常热的叶子。”
最后，研究人员建立了一个计算机模型，试图了解飙升的气温可能以多快的速度杀死热带树木。他们发现，当当地平均气温升高约 4 摄氏度时，可能会出现临界点。也就是说，多蒂指出，建模是一项棘手的工作，涉及许多重大问题。例如，科学家们知道进行光合作用的叶子会冷却周围的空气，因此随着它们的死亡，邻近叶子的温度会更快地升高。但是，这种反馈升级的速度仍然不清楚。保罗说，至少有一些热带树木可能能够适应高温并在更高的温度下进行光合作用。
尽管如此，保罗补充说，这项新研究是对热带森林面临的风险的重要审视。“我认为这非常令人兴奋，”她说。“这项研究为我们对未来可以预期的结果以及热带森林目前离这些临界阈值有多近提供了一些确凿的数据。”保罗还指出，即使在叶子（以及最终的整棵树）死亡之前，随着温度逐渐升高，光合作用也会减慢。“不需要变得那么热，我们就能看到像碳和水循环这样非常庞大的地球系统过程发生巨大的转变，”她说。
然而，多蒂在研究中看到了希望。他说，如果我们全球领导人不采取措施应对气候变化，我们可能会看到气温上升 4 摄氏度。但是，减少碳排放和限制森林砍伐可以将最坏的情况排除在外。“热带地区并非注定要灭亡，我们对此也并非无能为力，”他说。