Πώς η Γεωχημεία Γύρης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανασύσταση της ακτινοβολίας UV-B στο παρελθόν
Η υπεριώδης ακτινοβολία (UV-B, 280 έως 315 nm) είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προέρχεται από τον ήλιο και φτάνει στην επιφάνεια της Γης. Η ακτινοβολία UV-B μπορεί να προκαλέσει χημικές αντιδράσεις σε ζωντανούς οργανισμούς και η υπερβολική έκθεση μπορεί να είναι επιζήμια.
Το στρώμα του όζοντος είναι ο αμυντικός μηχανισμός της Γης έναντι της UV-B, και αυτό δρα για να μειώσει την ποσότητα της UV-B που φτάνει στην επιφάνεια. Πράγματι, πιστεύεται ότι ο σχηματισμός του στρώματος του όζοντος κατέστησε δυνατή τη ζωή στη Γη. Ωστόσο, δεν απορροφάται όλη η UV-B από το στρώμα του όζοντος και έτσι όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη εκτίθενται σε κάποια ακτινοβολία UV-B.
Τα φυτά μπορεί να καταστραφούν από την υπερβολική έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία B, όπου τα αποτελέσματα μπορεί να αλλάξουν το DNA, να εμποδίσουν την ανάπτυξη των φυτών και να αλλάξουν τη βιοποικιλότητα. Για να προστατευθούν, τα φυτά έχουν αναπτύξει αρκετούς αμυντικούς μηχανισμούς, ένας από τους οποίους περιλαμβάνει την παραγωγή ενώσεων που απορροφούν την υπεριώδη ακτινοβολία (UACs) στους φυτικούς ιστούς, συμπεριλαμβανομένης της γύρης. Αυτές οι ενώσεις (π-κουμαρικό οξύ και φερουλικό οξύ) απορροφούν την εισερχόμενη ακτινοβολία UV-B, εμποδίζοντάς την να φτάσει στον ευαίσθητο εσωτερικό φυτικό ιστό. Ουσιαστικά, τα φυτά έχουν αναπτύξει ένα ενσωματωμένο αντηλιακό.
Τα φυτά αυξάνουν την ποσότητα UAC στους ιστούς τους ως απόκριση σε υψηλότερα επίπεδα έκθεσης σε UV-B, με τον ίδιο τρόπο που οι άνθρωποι μπορούν να εφαρμόζουν περισσότερο αντηλιακό με υψηλότερη τιμή SPF όταν τα επίπεδα UV-B είναι υψηλά.
Η γύρη που παράγεται από τα φυτά και τα δέντρα για αναπαραγωγή αποτελείται από μια εξαιρετικά ανθεκτική ουσία γνωστή ως σποροπολενίνη, η οποία περιέχει υψηλές συγκεντρώσεις UAC. Η γύρη είναι τόσο ανθεκτική που μπορεί να επιβιώσει σε σκληρά περιβάλλοντα για εκατομμύρια χρόνια.
Η γύρη χρησιμοποιείται παραδοσιακά για την αναδόμηση της βλάστησης και του κλίματος του παρελθόντος σε διαφορετικές περιοχές, προσδιορίζοντας τους διαφορετικούς τύπους γύρης που βρίσκονται σε ιζηματογενή αρχεία, όπως ένας τύρφης. Κατά τη διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης της γύρης στα φυτά (η οποία ποικίλλει ανάλογα με το είδος), η χημική σύνθεση (ή γεωχημεία) της γύρης θα αλλοιωθεί από τις κλιματικές και περιβαλλοντικές επιδράσεις, συμπεριλαμβανομένου του επιπέδου έκθεσης σε UV-B. Η αυξημένη έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία B έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερες ποσότητες UAC στη γύρη, η οποία διατηρείται στη σποροπυλλενίνη.
Μπορούμε να μετρήσουμε την ποσότητα των UAC στη γύρη και να χρησιμοποιήσουμε τη σχέση μεταξύ των UAC και της έκθεσης σε UV-B προκειμένου να ανακατασκευάσουμε τα επίπεδα UV-B. Ως εκ τούτου, η γεωχημεία της γύρης λειτουργεί ως υποκατάστατο για την υπεριώδη ακτινοβολία που φθάνει στην επιφάνεια της Γης σε μακροπρόθεσμες χρονικές κλίμακες όπου δεν υπάρχουν διαθέσιμα αρχεία οργάνων.
Στην εργασία μας, επικεντρώσαμε τη μελέτη μας στη γύρη των σύγχρονων κέδρων του Άτλαντα (Cedrus atlantica), που είναι εγγενή στο Μαρόκο και την Αλγερία, προκειμένου να αναπτύξουμε ένα σύγχρονο σύνολο δεδομένων βαθμονόμησης για την ιστορική ανακατασκευή UV-B. Συλλέξαμε δείγματα γύρης από κέδρους που φύονται σε όλο το Μαρόκο και επιπλέον από εκείνα που φυτρώνουν σε βοτανικούς κήπους στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ.
Αναλύσαμε τη γεωχημεία της γύρης και βρήκαμε ότι η ποσότητα UAC στη γύρη κέδρου του Άτλαντα αυξήθηκε ως απόκριση στην αύξηση των επιπέδων UV-B κατά τους καλοκαιρινούς μήνες (Ιούνιο έως Αύγουστο). Ο κέδρος του Άτλαντα επικονιάζεται το φθινόπωρο (μέσα Σεπτεμβρίου έως αρχές Οκτωβρίου) και η γύρη του αναπτύσσεται κατά τους καλοκαιρινούς μήνες.
Είναι ενδιαφέρον, αν και τα UAC στη γύρη αυξήθηκαν σε αυξανόμενα επίπεδα UV-B και στις δύο ομάδες (εγγενή δέντρα και βοτανικός κήπος δέντρα), η απόκριση στα δείγματα του βοτανικού κήπου ήταν «εκτός γραμμής» με την ανταπόκριση στα δείγματα γηγενούς γύρης. Το αποτέλεσμα είναι σημαντικό μόνο όταν εξετάζετε τις διαφορετικές ομάδες ξεχωριστά. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ποσότητα των UAC στη γύρη των δειγμάτων του βοτανικού κήπου ήταν υψηλότερη από την ποσότητα των UAC που βρέθηκαν σε εγγενή δείγματα, παρόλο που παρουσίασαν χαμηλότερα επίπεδα έκθεσης σε UV-B.
Αυτό είναι ένα σημαντικό εύρημα, καθώς υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχουν άλλες επιρροές στην παραγωγή UAC στη γύρη, ιδιαίτερα σε δέντρα που αναπτύσσονται εκτός του φυσικού τους περιβάλλοντος.
Υποθέτουμε ότι μπορεί να υπάρχει ένα στοιχείο κληρονομικότητας της παραγωγής UAC στη γύρη, που μεταδίδεται από τα μητρικά δέντρα στους απογόνους τους. Καθώς η γύρη αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από UAC, θα υπάρχουν μέσα στη γύρη πριν από την έκθεση σε UV-B. το επίπεδο UAC «βασικής γραμμής». Τα δέντρα που αναπτύσσονται σε βοτανικούς κήπους και προέρχονται από σπόρους που συλλέγονται από δέντρα στο φυσικό τους περιβάλλον, έχουν ουσιαστικά υψηλότερη βασική αφθονία UAC από ό,τι απαιτείται για την προστασία από την έκθεση σε UV-B στο νέο τους περιβάλλον.
Παραδοσιακά, τα σύγχρονα σύνολα δεδομένων βαθμονόμησης δημιουργούνται για εγγραφές διακομιστή μεσολάβησης αντικαθιστώντας το χώρο με το χρόνο. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιούμε τις διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες που βρίσκονται σε μια ευρεία περιοχή (ή περιβαλλοντική κλίση), στη θέση των διαφορετικών περιβαλλοντικών συνθηκών που μπορεί να έχουν εμφανιστεί σε μεγάλες χρονικές κλίμακες. Τα ευρήματά μας υποδεικνύουν ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να μην είναι έγκυρη για πληρεξούσιους γύρης UV-B εάν περιλαμβάνονται μη εγγενή δείγματα στο σύνολο δεδομένων βαθμονόμησης. Συνεπώς, το σύγχρονο σύνολο δεδομένων βαθμονόμησης θα πρέπει να δημιουργηθεί μόνο με τη χρήση δειγμάτων γύρης που αναπτύσσονται στο φυσικό τους περιβάλλον.
Η μελέτη μας δείχνει ότι η γύρη από τους κέδρους του Άτλαντα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο για τα επίπεδα UV-B στη Βόρεια Αφρική, τα οποία μπορούν τώρα να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό των ιστορικών επιπέδων UV-B σε μακροπρόθεσμα χρονοδιαγράμματα από απολιθωμένη γύρη που βρίσκεται σε ιζηματογενή αρχεία. Επειδή τα επίπεδα UV-B μπορεί να επηρεάσουν τις ατμοσφαιρικές κλιματικές συνθήκες, να επηρεάσουν την υγεία των φυτών και την κατανομή του είδους. μια ιστορική ανακατασκευή UV-B μπορεί να προσφέρει νέες ιδέες που θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε αυτές τις αλληλεπιδράσεις και τον τρόπο με τον οποίο αντιδρούν τα φυτά – και αυτό μπορεί να έχει συνέπειες για τα φυτά υπό μελλοντικά σενάρια κλιματικής αλλαγής.
