ต้นไม้เป็น ‘ฮีทสโตรก’ สังเคราะห์แสงไม่ได้ เสี่ยงยืนต้นตาย กระทบระบบนิเวศทั้งระบบ

“ป่าเรดวูดชายฝั่ง” ในรัฐแคลิฟอร์เนีย เป็นป่าที่มีต้นไม้ที่สูงที่สุดและอยู่มานานเป็นพันปี แต่ปัจจุบันต้นไม้ในป่าแห่งนี้กำลังเผชิญกับ “อาการฮีทสโตรก” โดยเมื่ออุณหภูมิพุ่งสูงขึ้น จะทำให้ต้นไม้ลดระดับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงลง ส่งผลให้ต้นไม้ต้องชะลอการ “หายใจ” และ “กินอาหาร” ลงชั่วคราว ตามงานวิจัยของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส 

ต้นเรดวูดชายฝั่ง (Coast Redwoods) เป็นพืชที่มีความสูงหลายร้อยเมตร ด้วยความสูงขนาดนี้ ทำให้เรือนยอดของพวกมันเปรียบเสมือน “ผืนป่าแห่งที่สอง” ซึ่งเป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตเฉพาะถิ่นจำนวนมาก พืชเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นเสาหลักที่สร้างความมั่นคงให้แก่ระบบนิเวศมานานหลายพันปี

บนใบของพืชมี “ปากใบ” ทำหน้าที่รับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้ามาเพื่อสังเคราะห์ด้วยแสง และระบายน้ำออกเพื่อลดความร้อน เมื่อปากใบเปิด ต้นไม้จะสามารถ “หายใจ” เอาคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปสร้างพลังงานได้ แต่ก็ต้องสูญเสียน้ำไปพร้อมกัน ในทางกลับกัน หากปากใบปิด ต้นไม้จะกักเก็บน้ำไว้ได้ แต่กระบวนการสร้างอาหารก็จะหยุดชะงักลงทันที

ลิลลี่ ไคลเนก นักศึกษาระดับปริญญาเอก จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส ผู้นำการศึกษาวิจัยครั้งนี้ อธิบายถึงธรรมชาติของใบไม้ไว้ว่า “เนื่องจากใบไม้เป็นวัตถุทางกายภาพที่ดูดซับแสง พวกมันจึงสะสมความร้อนได้เร็วเหมือนกับพื้นยางมะตอยกลางแดด ดังนั้นใบไม้ร้อนขึ้นเร็วกว่าอากาศรอบตัว”

ใบจึงจำเป็นต้องเปิดปากใบเพื่อคายน้ำ ซึ่งคล้ายกับวิธีที่มนุษย์ขับเหงื่อเพื่อระบายความร้อน แต่พืชจะทำเช่นนั้นได้ก็ต่อเมื่อมีน้ำมากพอที่จะเสียไปเท่านั้

ทีมวิจัยได้ทำการสำรวจและเก็บข้อมูลภาคสนามอย่างต่อเนื่องตลอด 3 ปี (ค.ศ. 2022–2024) ในป่าแม่น้ำการ์เซีย ในรัฐแคลิฟอร์เนีย โดยทำการวัดค่าจากใบของต้นอ่อนเรดวูดชายฝั่งรวมกว่า 1,527 ครั้ง พบว่าในช่วงที่เกิดคลื่นความร้อนรุนแรงจนอุณหภูมิอากาศสูงเกิน 30-40 องศาเซลเซียส ใบของต้นเรดวูดกลับมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิอากาศรอบข้างมากถึง 10 องศาเซลเซียส

การที่อุณหภูมิใบไม้พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นสัญญาณชัดเจนว่าใบไม้ไม่สามารถระบายความร้อนได้ทัน ส่งผลให้ต้นเรดวูดต้องตัดสินใจปิดปากใบ เพื่อป้องกันการสูญเสียน้ำอันมีค่าไปในสภาวะแห้งแล้ง การปิดปากใบนี้ช่วยประหยัดน้ำได้ก็จริง แต่ก็ทำให้ต้นไม้ไม่สามารถดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์เข้ามาเพิ่มได้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันกำลังหยุด “กินอาหาร” และไม่สามารถสะสมพลังงานที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตได้เลย

เมื่อใบไม้ไม่สามารถระบายความร้อนให้เย็นลงได้ ก็จะส่งผลกระทบต่อกลไกภายในอย่างรุนแรง โดยดัชนีประสิทธิภาพของ “ระบบแสงสอง” (Photosystem II) ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการดักจับแสงเพื่อสังเคราะห์ด้วยแสง ลดลงเหลือเพียงครึ่งหนึ่ง ใบมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศเพียงเล็กน้อย และดิ่งลงจนเกือบเป็นศูนย์เมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิสูงเกิน 5 องศาเซลเซียส

เพื่อพิสูจน์ว่าปัญหาเกิดจากความร้อนโดยตรงหรือการขาดแคลนน้ำ ทีมวิจัยได้นำกิ่งของต้นเรดวูดมาทดสอบในห้องปฏิบัติการ โดยแช่โคนกิ่งไว้ในน้ำตลอดเวลา เพื่อให้ใบมีน้ำใช้อย่างเหลือเฟือและคายน้ำได้ตามต้องการ ผลปรากฏว่า เมื่ออุณหภูมิถูกปรับเพิ่มขึ้นตั้งแต่ 22-43 องศาเซลเซียส อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงก็ยังคงลดลงอย่างรุนแรง เมื่ออุณหภูมิสูง 30 องศาเซลเซียส แม้ว่าปากใบจะเปิดกว้างอยู่ก็ตาม

การวัดระดับคาร์บอนไดออกไซด์ภายในใบระหว่างการทดลองในห้องปฏิบัติการพบว่า ปริมาณคาร์บอนภายในใบไม่ได้ลดลง แต่กลับสะสมสูงขึ้น ในขณะที่อัตราการดูดซับคาร์บอนจริงกลับลดลง สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่า ความร้อนจัดได้เข้าไปขัดขวางและทำลายโปรตีน รวมถึงระบบลำเลียงพลังงานภายในเซลล์ใบไม้โดยตรง ไม่ใช่เพียงแค่ปัญหาการขาดแคลนก๊าซจากการปิดปากใบ 

โดยลิลี ไคลเนก สรุปว่า “ต่อให้ต้นเรดวูดจะมีน้ำให้คายเหงื่อมากขึ้น แต่ความร้อนก็ยังคงขัดขวางการหายใจและการทำงานของพวกมันอยู่ดี”

วิกฤตินี้ ทำให้เกิด “ภาวะขาดแคลนคาร์บอน” (Carbon Starvation) ทำให้พืชไม่สามารถเจริญเติบโต จนอาจนำไปสู่วงจรอุบาทว์ที่ทำให้ต้นไม้แคระแกร็นและทยอยยืนต้นตายในที่สุด ขณะเดียวกัน ก็ส่งผลกระทบย้อนกลับต่อระบบภูมิอากาศ เนื่องจากการกักเก็บคาร์บอนของป่าลดลง

นอกจากความร้อนที่เพิ่มขึ้นแล้ว ต้นเรดวูดยังสูญเสียปราการคุ้มกันสำคัญอย่าง “หมอกชายฝั่ง” (Coastal Fog) ซึ่งเปรียบเสมือนเครื่องปรับอากาศธรรมชาติและแหล่งน้ำกลางอากาศ ทอดด์ ดอว์สัน นักนิเวศวิทยาสรีรวิทยาพืช จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์  นิยามสภาวะนี้ว่าคือ “ภัยคุกคามสองเด้ง” (Double Whammy)

“ต้นไม้กำลังขาดแคลนน้ำและยังต้องเผชิญกับความเครียดจากความร้อน ต้นเรดวูดคุ้นเคยกับการเติบโตในกรอบอุณหภูมิที่แคบมากคือ 8-27 องศาเซลเซียส แต่ปัจจุบันหมอกชายฝั่งกลับลดลงไปแล้วถึง 30-40%” ดอว์สันกล่าว

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการสูญเสียหมอก ยังส่งผลกระทบลามไปยังสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ บนเรือนยอดป่า หากความร้อนสูงตลอดฤดูร้อน ก้อนดินและเฟิร์นบนกิ่งไม้สูงจะแห้งแล้งอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้สัตว์ท้องถิ่นอย่าง ซาลาแมนเดอร์พอนด์เลส (Wandering Salamander) และ นกมาร์เบิลมูร์เรเล็ต (Marbled Murrelet) ไม่สามารถอยู่อาศัยได้ และเกิดผลกระทบเป็นลูกโซ่ไปทั่วทั้งระบบนิเวศ

แม้ว่าผลการศึกษาจะพบว่า เมื่อสิ้นสุดคลื่นความร้อนและเข้าสู่ฤดูใบไม้ร่วงหรือฤดูหนาว ใบของต้นเรดวูดจะสามารถฟื้นตัวกลับมาสังเคราะห์ด้วยแสงได้ตามปรกติก็ตาม แต่นักวิจัยยังคงกังวลว่า หากอุณหภูมิร้อนยิ่งกว่านี้และคลื่นความร้อนเกิดขึ้นถี่ขึ้น ในอีก 5 หรือ 10 ปีข้างหน้า พืชอาจไม่สามารถฟื้นตัวได้เลย

แม้แต่ต้นไม้ที่ยิ่งใหญ่และแข็งแกร่งที่สุดในโลก ซึ่งเอาชีวิตรอดมาได้นับพันปี ก็อาจพ่ายแพ้ต่อภาวะโลกร้อนที่มนุษย์ก่อขึ้นได้ การปกป้องป่าเรดวูดชายฝั่งจึงไม่ได้เป็นเพียงการรักษาต้นไม้ทรงคุณค่าเท่านั้น แต่เป็นการปกป้องระบบนิเวศและความสมดุลของสภาพภูมิอากาศโลกที่พวกเราทุกคนต้องพึ่งพาร่วมกัน

ที่มา: Earth, Phys, Vox, Wired