Holle stengel vol verrassingen
Onderzoekers van de University of New Mexico (UNM), in samenwerking met het Center for Stable Isotopes in Albuquerque, keken naar de unieke transportmechanismen in de holle stengels van paardenstaarten. Deze plant heeft een fossielrecord dat teruggaat tot de Devonische periode, ongeveer 400 miljoen jaar geleden. Het vermogen om silica in het weefsel op te slaan, gecombineerd met die kenmerkende gearticuleerde stengelstructuur, maakt de paardenstaart uitermate geschikt om verdampingsprocessen en isotopenpatronen te bestuderen.
Het team volgde drie verschillende zuurstofisotopen in watermonsters van de plant. Met elektronenmicroscopie en geavanceerde isotopenanalyse werden veranderingen in zuurstofsamenstelling van de basis tot de top van de plant nauwkeurig in kaart gebracht. Wat ze vonden was opvallend: de meestExtreme zuurstofisotoophandtekening ooit gemeten, die het bekende bereik met een factor vijf overschrijdt, zowel vergeleken met waarden op aarde als binnen het zonnestelsel.
Wat de wetenschap ervan zegt
Het team van Sharp liet zien dat bij verdamping de lichtere watermoleculen eerst weggaan, waardoor in het achtergebleven water de concentratie van zwaardere zuurstofmoleculen toeneemt. Die gradiënt wordt versterkt door droge wind en hitte, wat aan de top van de stengel tot extreem afwijkende waarden leidt. De waarnemingen zetten eerdere interpretaties van klimatologische data op scherp, vooral wanneer phytolith-zuurstofsignalen worden gebruikt als proxy voor oude luchtvochtigheid.
Opmerkelijk was ook dat de zuurstoffingerafdruk in de phytolith-silica niet overeenkwam met die van het water dat door de stengel stroomde. Dat betekent dat onderzoekers voorzichtig moeten zijn bij het gebruiken van phytolith-zuurstofsignalen om oude klimaatomstandigheden te reconstrueren; zonder aanvullende kennis kan dat leiden tot verkeerde interpretaties van de luchtvochtigheid in het verleden.
Wat dit verder kan betekenen
De uitkomsten hebben bredere gevolgen voor ons begrip van ecologische en klimatologische processen. Ze helpen onverklaarde zuurstofmetingen bij woestijnplanten en bij dieren die leven van sterk verdampte waterbronnen beter te duiden. Zachary Sharp zei: “We kunnen nu beginnen de luchtvochtigheid en klimaatomstandigheden te reconstrueren van omgevingen die teruggaan tot toen dinosauriërs over de aarde zwierven.” Aanpassingen in verdampingsmodellen geven bovendien betere handvatten voor het bestuderen van gedrag van waterdamp in droge klimaten.
Er is vervolgonderzoek nodig om vergelijkbare signalen in andere planten en in andere omgevingen te vinden, vooral daar waar droogte de verdamping maximaliseert. De data van levende paardenstaarten werken als een soort stresstest voor de nauwkeurigheid van klimaatmodellen en fossiele proxies.
De ontdekking is zo baanbrekend dat onderzoekers, ondersteund door de gratis EarthSnap app van Eric Ralls en Earth.com, benieuwd zijn hoe deze kennis nieuwe wegen opent om te verklaren hoe verdamping wordt vastgelegd in paleoklimatologie en ecologie. Een nauwkeuriger begrip van deze processen biedt niet alleen een nieuw venster op het verleden, maar kan ons ook helpen ons voor te bereiden op toekomstige klimaatveranderingen.
