Juist de planten waarvan verwacht werd dat ze het goed zouden doen bij hogere CO2-concentraties – en daarmee extra veel van dit broeikasgas uit de lucht zouden halen – deden het slechter in het langstlopende experiment van zijn soort. Dit kan betekenen dat de aarde op lange termijn meer zal opwarmen dan klimaatmodellen nu voorspellen.
‘We waren enorm verrast door deze uitkomsten’, zegt Peter Reich van de universiteit van Minnesota in St Paul. Zijn onderzoeksgroep deed een twintig jaar durend experiment naar het effect van verhoogde CO2-concentraties op grasland. De resultaten laten ook zien dat we voorzichtig moeten zijn met het voorspellen van complexe systemen, zegt hij. ‘Er kan ons nog een aantal verrassingen te wachten staan.’
Plantenvoedsel
Planten bestaan uit koolstof die ze zelf maken uit koolstofdioxide (CO2). De concentratie CO2 in de atmosfeer was gedurende het grootste deel van onze geologische geschiedenis hoger dan nu. Maar 30 miljoen jaar geleden daalde de CO2-concentratie ineens en koelde de aarde af.
Mieren zijn magnifieke navigators
Mieren zijn in staat tot verbazingwekkende navigatieprestaties. Misschien kan waardering hiervoor helpen om deze insectensoorten te behouden.
Die afname in de hoeveelheid CO2 was nadelig voor planten. Het plantenenzym dat CO2 uit de lucht plukt, vergist zich nog wel eens en grijpt dan een zuurstofmolecuul. Hoe lager het atmosferische CO2-gehalte is, hoe vaker het fout gaat. En dat is energieverspilling voor de plant.
Sommige planten hebben een oplossing voor dit probleem gevonden. Zij concentreren CO2 in hun cellen. Op die manier bootsen ze de oude atmosfeer na. Verschillende groepen planten hebben deze eigenschap de afgelopen 30 miljoen jaar onafhankelijk van elkaar ontwikkeld.
Van drie naar vier
De geëvolueerde planten worden C4-planten genoemd, omdat ze bij het omzetten van CO2 eerst een molecuul creëren met vier koolstofatomen (C), terwijl op traditionele wijze een molecuul met drie C-atomen wordt gebouwd. De planten die de laatste methode gebruiken, heten dan ook C3-planten.
C4-planten hebben het de afgelopen 30 miljoen jaar een stuk beter gedaan dan hun C3-collega’s. Hoewel slechts 3 procent van de landplantsoorten tot de C4-categorie behoort – het grootste deel hiervan zijn grassen – vormen ze wel een vijfde van de totale plantenbiomassa.
Wie deze plantengeschiedenis in zijn achterhoofd houdt, verwacht dat C4-planten niet zo veel zullen profiteren van een stijgend CO2 niveau, maar de C3-planten juist wel. Dit idee was al hard op weg om een ‘wetenschappelijk feit’ te worden, omdat dat ook precies is wat er gebeurde in veel kortlopende experimenten waarbij planten werden blootgesteld aan hogere CO2-concentraties.
Schokkende ontdekking
En ook in het experiment van Reich leek het die kant op te gaan. Hiervoor had hij meer dan driehonderd percelen grasland vol geplant met zestien verschillende soorten grassen en kruiden. In het begin was er nog niets vreemds aan de hand: het experiment bevestigde wat de theorie en andere kortlopende experimenten ook al zeiden.
Maar na twaalf jaar sloeg het om. De C3-planten die groeiden bij een hoger CO2 niveau, maakten daarna minder biomassa aan dan dezelfde planten bij een normaal CO2 niveau. De C4-planten daarentegen deden het juist beter bij het hogere CO2 -niveau.
‘Dat resultaat spreekt de algemeen geaccepteerde theorie tegen’, zegt Belinda Medlyn van Western Sydney University in Australië, die zelf ook bestudeert hoe planten op CO2 reageren. ‘Het is inderdaad verrassend.’
Vervolgstudies van Reichs groep lijken de oorzaak van dit onverwachte resultaat aan te wijzen: stikstof. Bij relatief hoge CO2-concentraties kunnen C3-planten waarschijnlijk minder stikstof uit de bodem opnemen, terwijl de C4-planten daar geen last van hebben. De onderzoekers denken dat dit komt doordat de hogere concentratie CO2 ofwel de symbiotische schimmels beïnvloeden die bij het wortelsysteem van de plant zitten, of de bodem-microben die organisch materiaal afbreken en stikstof vrijmaken. ‘Dit is niet eenvoudig om te bestuderen’, vertelt Reich.
Als hij gelijk heeft dan zal de CO2-opname op land in de toekomst afnemen, aangezien de meeste landplanten C3-planten zijn. Maar de resultaten gaan mogelijk niet op voor gewassen die bemest worden met stikstof.
Groenere wereld?
Meer onderzoek is nodig om dit resultaat te onderbouwen en het onderliggende mechanisme te begrijpen, zeggen andere onderzoekers. ‘Ik denk echt dat dit onderzoek herhaald zou moeten worden op andere plekken, alhoewel er bij mijn weten geen ander langlopend experiment is’, zegt David Ellsworth, ook van Western Sydney University. Zijn werk suggereerde al dat een tekort aan fosfor – net als stikstof een belangrijk element voor planten – ervoor zorgt dat bossen niet zullen profiteren van grotere hoeveelheden atmosferisch CO2.
Het probleem is dat niemand voor zo’n lange termijn financiering wil geven, zegt Reich. De enige manier waarop hij zijn experiment zo lang heeft kunnen doen, was door steeds opnieuw een beurs aan te vragen voor twee jaar.
Satellietdata wijzen erop dat de wereld nu al groener wordt door klimaatverandering, maar de redenen daarvoor zijn complex. Zo groeien er nu bijvoorbeeld bomen in noordelijke gebieden die eerst nog te koud waren – een ander effect van klimaatverandering. Terwijl Reich in zijn experiment alleen maar de CO2-concentratie verandert, zullen in de echte wereld ook temperatuur en neerslag enorm veranderen als de planeet opwarmt.
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder: