植物「洩漏」危機：全球暖化恐加劇

隨著氣溫不斷攀升，植物釋放的水分也隨之增加，這不僅削弱了它們吸收二氧化碳的能力，甚至可能讓植物從碳匯轉變為碳源，進一步加劇氣候變遷的惡化。植物在地球氣候調節中扮演著至關重要的角色，然而最新研究顯示，氣溫上升可能會打破這種平衡。科學家發現，植物向大氣中釋放的水分比以往認為的還要多，這對氣候預測可能帶來重大影響。

英屬哥倫比亞大學的助理教授肖恩·米夏雷茨博士（Dr. Sean Michaletz）專注於研究植物如何應對高溫。他的研究挑戰了長期以來關於植物水分流失的假設，並可能重塑氣候模型對未來暖化的預測方式。我們整個生物圈都依賴於植物，在光合作用過程中，植物透過葉片上的微小氣孔吸收二氧化碳，並利用光能釋放水蒸氣和氧氣。由於二氧化碳是全球暖化的主要驅動因素，瞭解溫度如何影響這一過程對於預測氣候變遷至關重要。

過去認為，植物主要透過氣孔流失水分，而這些氣孔在極端高溫下會關閉以儲存水分。然而，我們的研究發現，隨著溫度上升，植物透過葉片表面的蠟質層（無法關閉）流失的水分比氣孔更多。蠟質層越薄，水分流失就越嚴重。這意味著在極端高溫下，植物會持續流失水分，卻無法吸收二氧化碳，從而限制光合作用，削弱其作為碳匯的功能。在極端溫度下，植物甚至可能成為碳源，加速氣候變遷。

根據我的粗略估算，一片中等大小的葉片在50°C的高溫下，每天可能透過蠟質層流失約三分之一茶匙的水分。若將此規模擴大到整片森林，這可能會改變全球的水分和碳迴圈——而目前的氣候變遷模型可能低估了這一影響。在另一項針對溫哥華200種植物的研究中，我們發現光合作用在40°C至51°C之間開始崩潰。2021年的熱穹頂事件中，氣溫飆升至49.6°C，將植物推向極限。

我們的研究還表明，60°C可能是植物生存的最高溫度——超過這一溫度，蛋白質會分解，導致細胞損傷和死亡。目前僅有少數沙漠和熱帶物種被觀察到能在如此極端溫度下生存。全球研究人員正在努力確定地球植被從碳匯轉變為碳源的臨界點。我們的估計顯示，這可能發生在30°C左右，但關鍵的不確定性仍然存在——特別是微氣候和水分供應在極端高溫下如何影響光合作用。

目前全球平均氣溫已達16°C，瞭解這些限制對於預測氣候反饋迴路以及地球生態系統在暖化世界中的未來至關重要。作為一名博士後研究員，我曾在生物圈2號（Biosphere 2）工作，這是一個最初設計為自給自足的封閉生態系統的研究設施。研究人員（被稱為「生物圈人」）被密封在內部進行為期兩年的實驗，測試人類是否能在沒有外部氧氣或補給的情況下生存。這項實驗的目的是在地球上測試這一概念，並希望未來能將這樣的生態圈送入太空。然而，實驗面臨了意想不到的挑戰：混凝土固化導致二氧化碳積聚，而長期的隔離則引發了生物圈人的社會和心理壓力。

生物圈2號後來轉型為研究和公共教育中心，我在其實驗性雨林中研究高溫對植物的影響。植物已經歷了數億年的氣候變遷，但所有物種都面臨著物理定律設定的上限。雖然某些植物比其他植物更能耐受高溫，但確切的崩潰點——以及植物何時可能達到這一點——仍然不確定。然而，根據最近的測量結果，我們可能比想像中更接近這一臨界點。

參考文獻：Josef C. Garen 和 Sean T. Michaletz 於2024年12月14日發表於《新植物學家》的論文《溫度對葉片最小導度的蠟質層和氣孔相對貢獻的影響》，DOI: 10.1111/nph.20346。