Nowoczesny monitoring lasów: Korelacja odbicia spektralnego z ekspresją genów otwiera nowe możliwości badawcze

Naukowcy z Uniwersytetu Notre Dame dokonali przełomowego odkrycia, wykazując bezpośrednią zależność między spektralnym współczynnikiem odbicia światła przez liście a ekspresją konkretnych genów w organizmach roślinnych. Wyniki tych nowatorskich badań, które zostały opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma naukowego Nature: Communications Earth & Environment, otwierają zupełnie nowe perspektywy w wykorzystaniu danych satelitarnych do monitorowania stanu molekularnego flory na ogromną skalę. Dzięki tej metodzie możliwe staje się przesyłanie sygnałów o stresie fizjologicznym u drzew na długo przed tym, zanim pojawią się jakiekolwiek widoczne gołym okiem oznaki pogorszenia ich kondycji zdrowotnej czy usychania liści.

Prace badawcze koncentrowały się na szczegółowej analizie próbek liści klonu cukrowego (Acer saccharum) oraz klonu czerwonego (Acer rubrum), które zostały pobrane z gęstych kompleksów leśnych zlokalizowanych w północnej części stanu Wisconsin oraz na Półwyspie Górnym w stanie Michigan. Główny autor badań, Nathan Swenson, pełniący funkcję dyrektora Centrum Badań Środowiskowych Uniwersytetu Notre Dame (UNDERC), poinformował o istnieniu wyjątkowo silnych powiązań między określonymi długościami fal odbitego światła a genami odpowiedzialnymi za reakcję roślin na suszę oraz ich interakcje z różnego rodzaju szkodnikami. Szczegółowe analizy statystyczne dowiodły, że w przypadku ponad połowy wszystkich badanych genów występuje wyraźna korelacja ze specyficznymi cechami spektralnymi, co w praktyce pozwala na stworzenie unikalnego „odcisku palca” na poziomie molekularnym dla każdego drzewa.

Ta nowatorska metodologia stwarza realne szanse na prowadzenie monitoringu ekosystemów leśnych w skali genomowej przy użyciu zaawansowanych czujników hiperspektralnych umieszczonych na platformach orbitalnych, takich jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS). Projekt ten zyskał istotne wsparcie finansowe od agencji NASA, co dodatkowo podkreśla jego strategiczne znaczenie dla globalnego bezpieczeństwa ekologicznego. Podczas gdy tradycyjne metody pobierania próbek terenowych i badania genomiczne w laboratoriach pozostają procesami niezwykle pracochłonnymi i kosztownymi, zwłaszcza w odniesieniu do rozległych i trudno dostępnych terytoriów, teledetekcja oferuje teraz dane o znacznie większej głębokości i precyzji. Badanie to stanowi kluczowe uzupełnienie istniejących już misji kosmicznych, takich jak system GEDI, który współpracuje z ISS w celu precyzyjnego mapowania biomasy, wzbogacając dotychczasowe obserwacje o zupełnie nowy, molekularny poziom zrozumienia.

Integracja uzyskanych danych spektralnych z istniejącymi mapami składu gatunkowego drzew, które są opracowywane przy wsparciu algorytmów sztucznej inteligencji, pozwala na formowanie niezwykle precyzyjnych i wyczerpujących profili zdrowotnych dla poszczególnych jednostek roślinnych. Taka synergia danych umożliwia podejmowanie terminowych i precyzyjnie ukierunkowanych działań interwencyjnych w sytuacjach, gdy systemy wczesnego ostrzegania wykryją pierwsze symptomy osłabienia kondycji lasu. Jest to element o krytycznym znaczeniu dla zachowania globalnej biomasy oraz stabilności bilansu węglowego, co ma bezpośredni wpływ na łagodzenie skutków zmian klimatu.

Nowa metoda badawcza pozwala naukowcom i leśnikom przejść od prostego dokumentowania zewnętrznych właściwości fizycznych roślin do głębokiej oceny procesów molekularnych, które determinują naturalną odporność lasów na różnorodne czynniki stresogenne. Zdolność do monitorowania reakcji genetycznych na takie zjawiska jak ekstremalne susze czy inwazje szkodników z poziomu orbity okołoziemskiej stanowi milowy krok w ekologii. Dzięki tym osiągnięciom, ochrona ekosystemów leśnych wchodzi w nową erę, w której prewencja i zarządzanie zasobami naturalnymi opierają się na zaawansowanej analityce danych, pozwalając chronić zielone płuca naszej planety w sposób bardziej efektywny niż kiedykolwiek wcześniej.