Căldura este un factor de stres enorm, inclusiv pentru plante. O echipă de cercetare din Innsbruck a analizat corelația dintre doză și efect, descoperind că daunele aduse sănătății frunzelor de temperaturile foarte ridicate sunt exacerbate de perioadele de căldură prelungite. Dacă acest lucru coincide cu lipsa apei, lucrurile se înrăutățesc și mai mult.

Criza climatică a devenit dureros de evidentă în timpul verii toride a anului 2026 - cu consecințe nu numai pentru oameni și animale. Căldura extremă a dus la ariditate și secetă. Acest lucru a fost evident la copaci, arbuști, plante ornamentale și de cultură, care au prezentat margini maronii și crocante pe frunze, ramuri ofilite și frunziș prematur de toamnă. Aceste schimbări nu pot fi explicate doar prin lipsa apei. Proiectul „Utilizarea apei de către plante în condiții de căldură”, finanțat de FWF, a demonstrat în mod impresionant că însăși căldura este cea care provoacă aceste daune vizibile plantelor noastre, de care depindem pentru oxigen.

O echipă de cercetători de la Universitatea din Innsbruck a explorat modul în care temperaturile ridicate afectează frunzele. Ei au fost interesați în mod special de următoarele întrebări: Reacționează diferite plante, de la cele alpine care acoperă solul, găsite la altitudini mari, până la copacii de foioase care populează pădurile tropicale, diferit la căldură? În ce măsură se pot adapta plantele la creșterea temperaturilor? La ce temperaturi încep plantele să sufere daune ireparabile? Și care este rolul alimentării cu apă în toate acestea?

Sistemul de aer condiționat propriu al naturii
Botanistul Gilbert Neuer, conducătorul proiectului, și echipa sa au fost deosebit de curioși de legăturile dintre doză și efect. „De-a lungul evoluției, plantele au dezvoltat o întreagă serie de strategii pentru a rezista la temperaturi extreme”, explică Neuner. În regiunile expuse în mod obișnuit la frig extrem, acestea cresc aproape de sol și rămân mici și compacte pentru a-și crește temperatura corpului.

Acolo unde căldura este problema, plantele se bazează pe un mecanism sofisticat de răcire. La fel ca pielea umană, frunzele își reglează temperatura prin pori mici numiți stomate, prin care apa se evaporă. Acest tip de transpirație funcționează ca sistemul de aer condiționat încorporat al frunzei. Și răcește, de asemenea, împrejurimile plantei cu câteva grade: datorită „transpirației” plantelor, temperaturile sunt vizibil mai scăzute în păduri sau sub copaci, comparativ cu pajiștile fără copaci sau tufișuri, câmpurile cultivate sau deșertul de beton din orașe.

Cât de cald este prea cald?

Temperaturile frunzelor peste 50° Celsius, care nu sunt neobișnuite pe pantele alpine orientate spre sud, protejate de vânturi, sau în vârfurile copacilor din zonele tropicale, pot fi gestionate prin acest mecanism de evaporare. Dar există temperaturi ambientale la care acest lucru nu va mai fi cazul? „În trecut, cercetătorii au folosit un test standardizat pentru a verifica toleranța la căldură”, explică Neuner. Acesta a constat în expunerea probelor de plante la o anumită temperatură timp de 30 de minute și verificarea ulterioară a acestora pentru deteriorări.

Astfel de teste au arătat că aproape toate plantele de pe Pământ pot suporta temperaturi ale aerului între 44 și 55° Celsius. „Rezultatele sunt uimitor de consistente și coincid, de asemenea, cu temperaturile maxime întâlnite în aceste biome”, spune expertul în plante, adăugând că doar plantele acvatice sunt mai sensibile la temperaturile exterioare, în timp ce unele plante de deșert pot suporta temperaturi record. Totuși, aceste teste „au investigat, în cel mai bun caz, căldura de la amiază” de maximum 30 de minute.

„Am vrut să explorăm ce se întâmplă atunci când modificăm acești parametri, mai precis, durata expunerii unei plante la căldură sau temperatura în sine.” În acest scop, au folosit calorimetria diferențială, printre altele, care le-a permis să încălzească plantele colectate afară, în laborator, într-un mod controlat, după care cercetătorii au putut analiza diverse procese moleculare care au loc în frunze. „De exemplu, am verificat cum își deschid sau închid frunzele stomatele sau cum modifică căldura cuticulele plantelor.” Analizele ulterioare ale proceselor moleculare din membranele frunzelor au inclus testarea temperaturii la care se produce denaturarea proteinelor.
Daunele cresc odată cu căldura
Experimentele au arătat o legătură clară și exponențială între doză și efect. „O frunză nu va fi deranjată de o temperatură a aerului de 45° Celsius dacă durează doar o jumătate de oră”, specifică Neuner. „Dar când rămâne cald timp de patru ore, vedem același tip de leziuni deja la 40°. Și la temperaturi extreme de peste 50° Celsius, același efect dăunător poate fi observat după câteva minute.” Foarte potrivit, cercetătorul a publicat un studiu intitulat „Doza face otrava”. La urma urmei, un lucru este evident în orașele din acest moment: cu cât frunzele sunt expuse mai mult timp la căldură, cu atât toleranța lor la căldură devine mai mică. Și cu cât temperaturile cresc, cu atât mai repede se produc daunele reale.

Cera, lipide, proteine

La urma urmei, căldura afectează nu numai transpirația, ci întreaga fiziologie a frunzei. Este motivul unui set întreg de schimbări, dintre care o plantă este capabilă să le repare atunci când temperaturile scad din nou. Odată ce se atinge un anumit prag, însă, leziunile devin ireversibile. Dar ce anume cauzează daunele?

Cercetătorii au început prin a examina îndeaproape cuticulele plantelor, un strat subțire de ceară găsit pe frunze. „Cuticula verzei este foarte pronunțată, dar fiecare frunză are o cuticulă”, explică Neuner ca exemplu. Aceasta protejează plantele de agenți patogeni, servește ca o barieră mecanică, reduce daunele cauzate de insectele care se hrănesc - și, de asemenea, împiedică frunza să piardă o cantitate excesivă de apă.

Plantele pot ajusta compoziția acestui strat protector pentru a răspunde la un nivel ridicat de radiații solare. „Am putut observa că azaleea alpină, o plantă de acoperire a solului cu frunze veșnic verzi, de exemplu, reduce cantitatea de flavonoide din membrana sa cuticulară atunci când crește pe versanți orientați spre sud. Acest lucru o face mult mai bine echipată pentru a rezista la căldură decât azaleea alpină găsită pe versanții orientați spre nord”, explică Neuner. Aceleași proprietăți găsite în ceara de albine, care se topește la temperaturi ridicate, se găsesc și în cuticule: „Cu cât devine mai fierbinte, cu atât devine mai poroasă. Acest lucru face ca planta să piardă mult mai multă apă.”

Inițial, cercetătorii au bănuit că acesta era motivul pentru care frunzele erau afectate. „Și totuși: cuticula devine poroasă doar după ce frunza a suferit deja daune severe”, relatează Neuner, șeful proiectului. Proteinele și lipidele din membrana unei frunze se modifică, de asemenea, din cauza căldurii arzătoare. Proteinele trec printr-un proces de denaturare, „similar cu modul în care proteina devine solidă și albă atunci când este prăjită”. Totuși, aceasta este o altă schimbare care se întâmplă doar atunci când frunza este deja deteriorată. „Așadar, se pare că procesul care provoacă daunele începe într-un stadiu mult mai timpuriu”, spune Neuner, adăugând cu nostalgie: „Ne-am dorit cu adevărat să rezolvăm acest puzzle. Dar încă nu se știe ce anume cauzează de fapt daunele.”

Adaptabilitatea la limită?

Ce înseamnă toate acestea într-o lume care se încălzește rapid? „Este dificil să faci previziuni, deoarece atât de multe depind de aprovizionarea cu apă - atât aici, acasă, cât și oriunde altundeva în lume”, spune Neuner, recunoscând că nu încetează să fie uimit de capacitatea plantelor de a se adapta. „Există ceva numit marjă de siguranță, dar în unele regiuni, aceasta a devenit periculos de mică.”

Cercetările efectuate în regiuni tropicale, care încă nu au fost publicate, sugerează că există limite fiziologice concrete. „Datorită legăturii neechivoce doză-efect, am crezut că plantele tropicale s-ar fi adaptat la temperaturile ridicate din regiunea lor”, spune el despre o călătorie de cercetare în Costa Rica. „Dar nu a fost cazul. Acest lucru ne-a surprins cu adevărat. Copacii care cresc în pădurile tropicale nu sunt mult mai buni la gestionarea căldurii decât azaleele din Alpi. Ei doar compensează temperaturile ambientale mai ridicate printr-o transpirație deosebit de puternică.” Dacă ploaia tipică căreia pădurile tropicale îi datorează numele lor încetează să mai cadă, căldura ar putea începe să se transforme într-un pericol critic pentru copaci.

De fapt, anotimpurile secetoase au devenit deja considerabil mai lungi. În ultimii ani, unele păduri tropicale au experimentat chiar și secete pentru prima dată. Dacă va exista suficientă apă în viitor va depinde de modul în care se dezvoltă pădurile, atât în ​​pădurile tropicale, cât și aici, în Austria.

Toate acestea nu ne dau prea multe motive să fim optimiști. Temperaturile în creștere rapidă la care asistăm astăzi înseamnă că plantele ar avea nevoie de mult mai multă apă decât în ​​trecut - nu numai pentru a crește, ci și pentru a trece prin procesul crucial de transpirație. Însă, în multe locuri din întreaga lume, oamenii așteaptă din ce în ce mai des să ningă sau să cadă ploi ușoare, dar lungi, în zadar. Pe măsură ce frunzele își închid stomatele pentru a economisi apă, funcția lor naturală de climatizare se oprește, ceea ce le face să se supraîncălzească, le afectează frunzele și rezistența generală a plantei. Aceasta înseamnă, de asemenea, că plantele se evaporă mai puțin, ceea ce, la rândul său, devine un factor al încălzirii globale. Mai mult, căldura deshidratează atât pământul, cât și aerul, ceea ce exacerbează doar perioadele de secetă. Este un cerc vicios care usturează și uscă. Efectele din lumea reală pot fi deja observate la scară globală.

Despre proiect

De-a lungul evoluției, plantele au dezvoltat numeroase mecanisme pentru a face față factorilor de stres externi. Proiectul de cercetare „Utilizarea apei de către plante în condiții de căldură” a încercat să identifice pragul la care diverse plante, de la copaci la ierburi alpine, își pierd capacitatea de a face față temperaturilor extreme. Proiectul de patru ani, finanțat de Fondul Austriac pentru Știință (FWF), s-a încheiat în octombrie 2025.

Despre cercetător
Gilbert Neuner a studiat botanica la Universitatea din Innsbruck, unde a fost numit profesor titular în 2001. El conduce grupul de cercetare privind fiziologia stresului din cadrul Departamentului de Botanică, care explorează în principal mecanismele pe care plantele - în special cele din regiunile alpine - le dezvoltă pentru a rezista factorilor de stres precum căldura, seceta, frigul, gheața și radiațiile solare puternice. Neuner este, de asemenea, director adjunct al colegiului doctoral de Biologie Alpină și Schimbări Globale. Proiectul de cercetare „Utilizarea apei de către plante în condiții de căldură” (2021–2025) a fost finanțat de Fondul Austriac pentru Știință (FWF).