Innovator im Rampenlicht: Fachbereich Geowissenschaften der Princeton University

Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzenökosysteme

[dropcaps type='normal' font_size='72' color='#c44900′ background_color=" border_color="]W[/dropcaps] ährend die meisten Menschen mit dem weit gefassten Konzept des Klimawandels und seinen potenziellen Auswirkungen auf die Gesundheit und die Zukunft unseres Planeten vertraut sind, arbeitet ein messerscharfer Forscher in einem Labor der Abteilung für Geowissenschaften an der Princeton University an der Erforschung eines wenig verstandenen, aber grundlegend kritischen Aspekts der Umweltkrise: die Beziehung zwischen Photosynthese und Atmung.

Dr. Paul Gauthier ist assoziierter Forscher im Fachbereich Geowissenschaften der Princeton University, der in Guyot Hall untergebracht ist.

Der in Frankreich geborene und weltweit ausgebildete Dr. Paul P.G. Gauthier versucht zu verstehen, wie Pflanzen ein empfindliches Gleichgewicht zwischen der Speicherung von Energie (Photosynthese) und der Freisetzung von Energie (Atmung) aufrechterhalten, da alle Arten von Veränderungen der Lichtintensität, der Temperatur und des CO2-Gehalts betroffen sind, die durch den Klimawandel hervorgerufen werden - eine wichtige Arbeit angesichts der komplizierten Beziehung zwischen Menschen und Pflanzen. Wir sind nicht nur in Bezug auf unsere Nahrung auf Pflanzen angewiesen, sondern auch unsere Existenz ist untrennbar mit unseren grünen Freunden verbunden: Sie absorbieren das Kohlendioxid, das wir mit jedem Atemzug ausstoßen, und geben uns im Gegenzug lebenserhaltenden Sauerstoff.

In Gauthiers Labor wird die Pflanzenatmung gemessen.

Eine der faszinierendsten Herausforderungen für die Menschheit im 21. Jahrhundert und darüber hinaus sind die Auswirkungen des Klimawandels auf die terrestrische Biosphäre, sagt Gauthier, ein assoziierter Forschungswissenschaftler für Pflanzenphysiologie und -stoffwechsel. Gauthier: "Pflanzen reagieren empfindlich auf ihre Umwelt, und Veränderungen der Wasserverfügbarkeit, der Temperatur, des Lichts oder der Nährstoffe können dramatische Folgen für die langfristige Nachhaltigkeit der Ökosysteme haben. Meine Arbeit zielt darauf ab, die metabolischen und physiologischen Reaktionen von Pflanzen und Ökosystemen auf abiotische Stressfaktoren, die durch den Klimawandel verursacht werden, zu verstehen und zu modellieren."

Gauthier untersucht den Kohlenstoffhaushalt von Pflanzen auf dem Feld und in seinem Labor, wo er äußerst präzise Experimente unter Fluence LED-Systemen durchführt.

Gauthier untersucht den Kohlenstoffhaushalt von Pflanzen sowohl auf dem Feld (also buchstäblich in unseren Wäldern) als auch in seinem Labor, wo er äußerst präzise Experimente unter speziell entwickelten Fluence-LED-Systemen durchführt, die die täglichen Schwankungen des Sonnenlichts nachahmen. "Wir brauchen eine äußerst präzise Lichtintensität. Wir müssen in der Lage sein, das Licht um nur ein Mikromol zu erhöhen oder zu verringern", sagt Gauthier. "Wir brauchen auch sehr genaue Spektren im sichtbaren Bereich (400 - 700 nm). Viele LEDs haben entweder einen zu hohen Rot- oder einen zu hohen Blauanteil, während Pflanzen sowohl Rot als auch Blau in der richtigen Balance benötigen."[blockquote text="Fluence war in der Lage, ein Beleuchtungssystem zu liefern, das eine präzisere Forschung ermöglicht hat, die sonst nicht möglich gewesen wäre", sagt Gauthier." show_quote_icon="yes" text_color="#c44900″ width="80″ quote_icon_color="#364652″]Eine geringe Wärmeabgabe ist für seine Studien ebenfalls entscheidend, sagt Gauthier. "Wir müssen sicherstellen, dass die Wärmestrahlung, die das Blatt erreicht, nicht zu groß ist. Die Kontrolle der Blatttemperatur ist eine Herausforderung, und die Begrenzung der Wärmestrahlung ist entscheidend. Mit den Fluence LED-Systemen konnten wir diese Hürde im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen überwinden. In seinen Experimenten wendet Gauthier verschiedene Lichtintensitäten auf Pflanzenblätter an, um die Photosynthese zu steigern, und analysiert dann die Gase, die in die Kammer, in der das Blatt steht, ein- und austreten, um seine Gesamtfähigkeit zur Aufnahme und Abgabe von Kohlenstoff zu bewerten.[blockquote text="Unser System ist in der Lage, entscheidende Messungen durchzuführen, um zu verstehen, wie Pflanzen auf Änderungen der Lichtintensität reagieren", sagt Gauthier."show_quote_icon="yes" text_color="#c44900″ width="80″ quote_icon_color="#364652″]Die Photosynthese - die Umwandlung von Licht und CO2 in lebenserhaltende Zucker - und die Atmung - bei der Zucker verbrannt wird, damit die Pflanze funktionieren kann - müssen perfekt ausbalanciert sein, um das Überleben der Pflanze zu sichern. "Ich versuche herauszufinden, wie sich der Klimawandel auf das Gleichgewicht dieser beiden Funktionen auswirkt", sagt Gauthier. Wenn eine der beiden Funktionen durch den Klimawandel zu stark beeinträchtigt wird, ist das Überleben der Pflanzen gefährdet, sagt er. "Die Atmung ist das, was alles in den Pflanzen antreibt. Sie hilft zu kontrollieren, was die Pflanzen aufnehmen. Deshalb werden Bäume auch nicht fett. Selbst wenn wir die für das Wachstum der Pflanzen notwendigen Ressourcen maximieren, passen sie sich an und nutzen die verfügbaren Ressourcen, aber nicht zu viel. Durch die Atmung wissen die Pflanzen, wann sie satt sind", erklärt Gauthier.

 Die Experimente von Gauthier analysieren die Fähigkeit eines Blattes zur Aufnahme und Abgabe von Kohlenstoff.

Das natürliche Gleichgewicht zwischen Pflanzen und unserer Umwelt - das sich in Milliarden von Jahren bis zu unserem heutigen Zustand entwickelt hat - verändert sich rapide. Die Folgen sind enorm, doch die Antworten werden durch die Untersuchung von etwas so Kleinem wie einem Lichtquant gefunden. "Es ist kompliziert, aber es ist wichtig, es zu verstehen", erklärt Gauthier. Unser Leben steht auf dem Spiel, sagt er. "Wenn Ökosysteme bedroht sind, gibt es Probleme", sagt er. "Zu lernen, wie sich ein System verändert, und sich (an diese Veränderungen) jetzt anzupassen, ist entscheidend. Fluence Bioengineering ist stolz darauf, diese wichtige Forschung zu unterstützen. Bleiben Sie auf dem Laufenden über die neuesten Forschungen und Ergebnisse aus dem Labor von Dr. Gauthier, indem Sie folgende Website besuchen http://scholar.princeton.edu/ppg