ΟΙ ΡΙΖΟΛΙΘΟΙ ΩΣ ΓΕΩΧΗΜΙΚΑ ΑΡΧΕΙΑ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗΣ

Οι ριζόλιθοι είναι ορυκτές δομές, συνήθως ανθρακικής σύστασης, που σχηματίζονται γύρω από ενεργά ριζικά συστήματα φυτών μέσα στο έδαφος. Κατά τη διάρκεια της ζωής τους, οι ρίζες αναπνέουν, εκκρίνουν οργανικά οξέα και τροποποιούν το μικροπεριβάλλον του εδάφους, προκαλώντας την καθίζηση ανθρακικών ορυκτών γύρω και εντός τους. Η συγκεκριμένη διαδικασία επιταχύνεται μετά τον θάνατο των φυτών.

Αυτό που τους καθιστά εξαιρετικά πολύτιμους δεν είναι μόνο η μορφολογία τους, αλλά το γεγονός ότι παγιδεύουν το ισοτοπικό αποτύπωμα του άνθρακα που προέρχεται από τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα του φυτού. Ουσιαστικά, οι ριζόλιθοι «κλειδώνουν» στη γεωλογική μνήμη τον τρόπο με τον οποίο λειτούργησε το RuBisCO τη στιγμή που το φυτό ήταν ζωντανό. Σε αντίθεση με τα φύλλα ή την οργανική ύλη, που αποσυντίθενται σχετικά γρήγορα, οι ριζόλιθοι μπορούν να διατηρηθούν για εκατομμύρια χρόνια, αποτελώντας σταθερούς γεωχημικούς μάρτυρες παλαιο-περιβαλλοντικών συνθηκών.

Το RuBisCO παρουσιάζει μια φυσική προτίμηση στο ελαφρύτερο ισότοπο του άνθρακα της ατμόσφαιρας (12C, που αποτελεί ποσοστιαία περίπου το 98.9%) έναντι του βαρύτερου (13C, που αποτελεί περίπου το 1.1% και επειδή έχει ένα επιπλέον νετρόνιο, τον κάνει ελάχιστα πιο βαρύ). Ο λόγος είναι καθαρά φυσικός. Ο ελαφρύς άνθρακας κινείται λίγο πιο γρήγορα και αντιδρά πιο εύκολα. Το RuBisCO λοιπόν επιλέγει το «εύκολο» μονοπάτι, δεσμεύοντας τον ελαφρύ άνθρακα πολύ πιο γρήγορα από τον βαρύ.

Το παραπάνω φαινόμενο ονομάζεται ισοτοπική κλασμάτωση και περιγράφει ακριβώς αυτό το αποτέλεσμα: κάθε ζωντανός οργανισμός περιέχει αναλογικά περισσότερο ελαφρύ άνθρακα σε σχέση με τον ίδιο άνθρακα που εμπεριέχεται στην ατμόσφαιρα. Επιπρόσθετα όταν το διοξείδιο του άνθρακα είναι άφθονο και οι συνθήκες ευνοϊκές, το RuBisCO μπορεί να είναι «επιλεκτικό», οδηγώντας στη δημιουργία οργανικής ύλης φτωχής σε 13C. Αντίθετα, όταν το φυτό βρίσκεται υπό θερμικό ή ατμοσφαιρικό στρες, (π.χ. όταν οι συγκεντρώσεις CO₂ μειώνονται), η ισοτοπική κλασμάτωση περιορίζεται (ουσιαστικά αυξάνεται η συμμετοχή του βαρύτερου ισοτόπου 13C).

Το ισοτοπικό αυτό αποτύπωμα δημιουργείται αρχικά στη φυτική οργανική ύλη, στα φύλλα, εκεί όπου το RuBisCO δεσμεύει το διοξείδιο του άνθρακα και το μετατρέπει σε σάκχαρα. Ωστόσο, το αποτύπωμα αυτό δεν παραμένει «κλειδωμένο» στη βιομάζα. Μέρος του φωτοσυνθετικά παραγόμενου άνθρακα μεταφέρεται στο ριζικό σύστημα και απελευθερώνεται στο έδαφος μέσω ριζικών εκκρίσεων, απόπτωσης κυττάρων και κυρίως μέσω της αναπνοής των ριζών. Το διοξείδιο του άνθρακα που συγκεντρώνεται στο υπέδαφος γύρω από τη ρίζα φέρει το ίδιο ισοτοπικό σήμα που «επέλεξε» το RuBisCO.

Το βιογενές αυτό CO₂ διαλύεται στο εδαφικό νερό και μετατρέπεται σε διττανθρακικά ιόντα. Στη ζώνη γύρω από τις ρίζες, όπου οι χημικές συνθήκες ευνοούν την κατακρήμνιση ανθρακικών ορυκτών, το διττανθρακικό αυτό ιόν ενσωματώνεται στον ασβεστίτη που σχηματίζει τους ριζολίθους. Έτσι, ένα αρχικά οργανικό ισοτοπικό σήμα μεταγράφεται σε ανόργανο γεωλογικό αρχείο: ο ασβεστίτης των ριζολίθων «σφραγίζει» τη μέση ισοτοπική σύσταση του άνθρακα που κυκλοφορούσε στο έδαφος τη στιγμή που το φυτό ήταν ζωντανό.

Αναλύοντας τον λόγο 13C/12C στους ριζολίθους, συνήθως εκφρασμένο ως δ13C, οι γεωεπιστήμονες μπορούν να ανασυνθέσουν όχι μόνο τη σύσταση της ατμόσφαιρας, αλλά και τη λειτουργική αποδοτικότητα της φωτοσύνθεσης σε διαφορετικές γεωλογικές περιόδους. Οι ριζόλιθοι λειτουργούν ως γεωχημικοί μεσολαβητές ανάμεσα στη βιολογία και τη γεωλογία: καταγράφουν στον νεομορφικό ασβεστίτη τον τρόπο με τον οποίο το RuBisCO ανταποκρίθηκε στις εκάστοτε συγκεντρώσεις CO₂ και στις περιβαλλοντικές πιέσεις.

Μελέτες σε ριζολίθους του Πλειστόκαινου και παλαιότερων περιόδων έχουν δείξει πώς η μείωση του ατμοσφαιρικού CO₂ οδήγησε στην εξέλιξη εναλλακτικών φωτοσυνθετικών στρατηγικών, όπως η φωτοσύνθεση τύπου C4, που περιορίζει τη φωτοαναπνοή και αυξάνει την αποδοτικότητα του RuBisCO.

Πηγή: naftemporiki.gr