اكتشاف مثير.. حتى الأشجار "تحبس أنفاسها" لتجنب

عندما يكون دخان حرائق الغابات في الهواء، يحث الأطباء الناس على البقاء في الداخل لتجنب استنشاق الجزيئات والغازات الضارة. ولكن ماذا يحدث للأشجار والنباتات الأخرى التي لا تستطيع الهروب من الدخان؟

قد تستجيب مثلنا إلى حد ما: بعض الأشجار تغلق نوافذها وأبوابها وتحبس أنفاسها.

يقول علماء في الغلاف الجوي والكيمياء، إنهم فوجئوا أثناء فحصهم جودة الهواء والآثار البيئية لدخان حرائق الغابات في كولورادو، برد فعل سريع من أوراق أشجار الصنوبر.

تحتوي النباتات على مسام على سطح أوراقها تسمى الثغور. هذه المسام تشبه إلى حد كبير أفواهنا، وبينما نستنشق الأكسجين ونطلق ثاني أكسيد الكربون، فإن النباتات تستنشق ثاني أكسيد الكربون وتزفر الأكسجين.

يستنشق كل من البشر والنباتات مواد كيميائية أخرى في الهواء المحيط بها ويطلقون مواد كيميائية تنتج داخلها - رائحة القهوة لبعض الناس، ورائحة الصنوبر لبعض الأشجار.

وعلى عكس البشر، فإن الأوراق تتنفس وتخرج في نفس الوقت، وتأخذ وتطلق باستمرار الغازات الجوية.

في أوائل القرن العشرين، اكتشف العلماء الذين يدرسون الأشجار في المناطق الملوثة بشدة أن الأشجار المعرضة بشكل مزمن للتلوث الناجم عن حرق الفحم كانت تحتوي على حبيبات سوداء تسد مسام الأوراق التي تتنفس من خلالها النباتات. واشتبهوا في أن المادة الموجودة في هذه الحبيبات تم إنشاؤها جزئيًا بواسطة الأشجار، ولكن بسبب نقص الأدوات المتاحة في ذلك الوقت، لم يتم استكشاف كيمياء تلك الحبيبات أبدًا، ولا آثارها على التمثيل الضوئي للنباتات.

ركزت معظم الأبحاث الحديثة حول تأثيرات دخان حرائق الغابات على المحاصيل، وكانت النتائج متضاربة.

على سبيل المثال، أظهرت دراسة أجريت على عدة مواقع للمحاصيل والأراضي الرطبة في كاليفورنيا أن الدخان ينثر الضوء بطريقة تجعل النباتات أكثر كفاءة في التمثيل الضوئي والنمو. ومع ذلك، وجدت دراسة معملية تعرضت فيها النباتات للدخان الاصطناعي أن إنتاجية النباتات انخفضت أثناء وبعد التعرض للدخان - على الرغم من أن هذه النباتات تعافت بعد بضع ساعات.

هناك أدلة أخرى على أن دخان حرائق الغابات يمكن أن يؤثر على النباتات بطرق سلبية.

وعندما ينتقل دخان حرائق الغابات لمسافات طويلة، ينضج الدخان في ضوء الشمس ويتغير كيميائيًا.

يؤدي خلط المركبات العضوية المتطايرة وأكاسيد النيتروجين وأشعة الشمس إلى تكوين الأوزون على مستوى الأرض، والذي يمكن أن يسبب مشاكل في التنفس لدى البشر. كما يمكن أن يلحق الضرر بالنباتات عن طريق تدهور سطح الأوراق وأكسدة أنسجة النبات وإبطاء عملية التمثيل الضوئي.

بينما يعتقد العلماء عادةً أن المناطق الحضرية هي مصادر كبيرة للأوزون الذي يؤثر على المحاصيل في اتجاه الريح، فإن دخان حرائق الغابات يشكل مصدر قلق ناشئ. يمكن للمركبات الأخرى، بما في ذلك أكاسيد النيتروجين، أن تضر أيضًا بالنباتات وتقلل من عملية التمثيل الضوئي.

عند النظر إلى هذه الدراسات مجتمعة، فإنها تشير إلى أن دخان حرائق الغابات يتفاعل مع النباتات، ولكن بطرق غير مفهومة بشكل جيد.

يقول الباحثون لمجلة لايف ساينس: لم ننطلق لدراسة استجابات النباتات لدخان حرائق الغابات. بدلاً من ذلك، كنا نحاول فهم كيفية انبعاث المركبات العضوية المتطايرة من النباتات - المواد الكيميائية التي تجعل الغابات تفوح منها رائحة الغابة، ولكنها تؤثر أيضًا على جودة الهواء ويمكن أن تغير حتى السحب.

"كان خريف عام 2020 موسمًا سيئًا لحرائق الغابات في غرب الولايات المتحدة، وجاء دخان كثيف عبر موقع ميداني كنا نعمل فيه في جبال روكي في كولورادو".

في أول صباح من الدخان الكثيف، أجرينا اختبارنا المعتاد لقياس التمثيل الضوئي على مستوى أوراق أشجار الصنوبر بونديروسا. فوجئنا باكتشاف أن مسام الشجرة كانت مغلقة تمامًا وأن التمثيل الضوئي كان قريبًا من الصفر.

وقاس الباحثون انبعاثات الأوراق من المركبات العضوية المتطايرة المعتادة ووجدوا قراءات منخفضة للغاية. وهذا يعني أن الأوراق لم تكن "تتنفس" - لم تكن تستنشق ثاني أكسيد الكربون الذي تحتاجه للنمو ولم تكن تفرز المواد الكيميائية التي تطلقها عادة.

وبناء على هذه النتائج غير المتوقعة، قرر الباحثون محاولة إجبار عملية التمثيل الضوئي على العودة إلى إيقاعها الطبيعي. ومن خلال تغيير درجة حرارة الورقة ورطوبتها، تمكنوا من تنظيف "الممرات الهوائية" للورقة ولاحظوا تحسناً مفاجئاً في عملية التمثيل الضوئي وانفجاراً للمركبات العضوية المتطايرة.

ويشير هذا إلى أن بعض النباتات تستجيب لنوبات كثيفة من دخان حرائق الغابات بإغلاق تبادلها مع الهواء الخارجي. فهي تحبس أنفاسها فعلياً، ولكن ليس قبل تعرضها للدخان.

ويفترض الباحثون وجود بعض العمليات التي ربما تسببت في إغلاق مسام الأوراق: فقد تغطي جزيئات الدخان الأوراق، ما يخلق طبقة تمنع المسام من الانفتاح. وقد يدخل الدخان أيضاً إلى الأوراق ويسد مسامها، ما يجعلها لزجة. أو قد تستجيب الأوراق جسدياً للعلامات الأولى للدخان وتغلق مسامها قبل أن تتفاقم الأمور.

ومن المرجح أن يكون الأمر مزيجاً من هذه الاستجابات وغيرها.