Lianen: een onderbelicht element in de klimaatverandering

Een man slingert door het oerwoud, op zoek naar zijn hartendief. De man heet Tarzan, de hartendief Jane. Voor ik aan mijn thesis begon, kwam ik niet veel verder dan dit beeld wanneer ik aan lianen dacht. Onterecht, zou ik ontdekken, want lianen spelen een belangrijke rol in misschien wel de grootste uitdaging van de 21e eeuw: de klimaatverandering. Desondanks is de kennis over de hydraulische eigenschappen – het watertransport –  van lianen beperkt. Een beter begrip van deze hydraulische eigenschappen van lianen is essentieel om klimaatverandering nauwkeuriger te voorspellen.  Lees dit verslag als een oproep tot meer onderzoek naar de wereld van lianen.

Een flashforward

We schrijven het jaar 2100. De gemiddelde temperatuur is gestegen met 3.5°C. In het nieuws geen dagelijkse corona-update, maar wel orkanen,  overstromingen, hittegolven en bosbranden. Miljoenen mensen zijn op de vlucht. Hoewel dit zeker niet zou misstaan in een dystopische sciencefictionfilm, duiden de meest realistische klimaatmodellen voornamelijk op bittere (toekomstige) werkelijkheid. Deze klimaatmodellen houden echter geen rekening met de aanwezigheid van lianen in tropische bossen.

Wat zijn lianen?

Lianen zijn dunstammige, gewortelde planten die de stam van bomen als steun gebruiken om de top van het bladerdak te bereiken. Ze groeien voornamelijk in tropische bossen en hun aanwezigheid heeft grote gevolgen voor bomen. Lianen oefenen grote mechanische stress uit op bomen en zijn bovendien sterke concurrenten voor de opname van grondstoffen zoals water, nutriënten en licht. Dit heeft als gevolg dat lianen de groei van bomen sterk verlagen (tot 84%)  en de mortaliteit verhogen (verdubbeling tot verdriedubbeling).

Versnelling van de klimaatverandering

De ingrijpende inwerking van lianen op de bosdynamiek heeft gevolgen voor de klimaatverandering. Tropische bossen onttrekken CO2 aan de atmosfeer en spelen dus een cruciale rol in het vertragen van de klimaatverandering. De negatieve invloed van lianen op de groei en mortaliteit van bomen vertaalt zich in een sterke afname van de koolstofopname en –opslag in tropische bossen. Lianen dragen dus bij aan een versnelde klimaatverandering.

Lianen en modellen

Door een gebrek aan onderzoek en kennis werden lianen lange tijd genegeerd. In 2019 ontwikkelden wetenschappers een eerste vegetatiemodel waarbij lianen werden geïntegreerd. In dit model was de accumulatie van biomassa (equivalent aan de koolstofopslag) in het tropisch bos na 70 jaar 19% lager dan in een simulatie zonder lianen. Integratie van lianen in vegetatiemodellen is dan ook cruciaal om de koolstofcyclus in tropische bossen (en dus de klimaatverandering) op een realistische wijze te kunnen voorspellen.

Dit model behandelt lianen echter als een homogene groep, zonder verdere onderverdeling (snel of traag groeiend/ groot of klein/ al dan niet gevoelig aan droogte…). Ook wordt er nog geen rekening gehouden met de hydraulische eigenschappen van lianen. Deze eigenschappen karakteriseren het watertransport in de plant en dus hoe lianen zich gedragen onder droogte. Door klimaatverandering krijgen we in de toekomst meer talrijke en langere periodes van droogte. Kunnen lianen hiermee overweg?  Zal de lianenpopulatie onder deze omstandigheden toenemen of afnemen, en zo de klimaatverandering versnellen of juist afremmen? Op deze cruciale vragen moet de wetenschappelijke wereld vooralsnog het antwoord schuldig blijven.  Dit thesisonderzoek probeert om het antwoord een stukje dichterbij te brengen.

Lianen en droogte: hydraulisch falen

Veel planten sterven onder droogte door een mechanisme dat hydraulisch falen heet. Om dit te kunnen snappen, dient even te worden ingezoomd op het opwaarts (van wortel naar blad) watertransport in de plant. Laten we ter vereenvoudiging het water in de plant voorstellen door een waterketting, die reikt van de wortels, doorheen de stam, tot aan de bladeren. Elke schakel van deze ketting, d.i. elke watermolecule, is stevig verbonden met de volgende door middel van waterstofbruggen. In droge omstandigheden trekt de atmosfeer ter hoogte van de bladeren aan de waterketting, verdampt het water (de transpiratie van de plant) en wordt de ketting integraal omhoog getrokken. 

Bij langdurige droogte trekt de atmosfeer echter heel hard aan de waterketting, waardoor deze kan breken. Dit wordt hydraulisch falen genoemd en leidt tot de dood van de plant, aangezien de plant dan geen water meer kan transporteren en dus uitdroogt. De vraag die dus centraal staat is: hoe gevoelig zijn lianen aan hydraulisch falen? Met andere woorden: onder welke trekspanning breekt de waterketting? Vijf lianensoorten uit een tropisch bos uit Costa-Rica werden hiertoe onderzocht.

Klassiek worden lianen zeer vatbaar geacht voor hydraulisch falen. Deze veronderstelling is echter gefundeerd op relatief weinig onderzoek. Bovendien is het in tegenspraak met het frequent voorkomen van lianen in droge tropische bossen.

Maar wat vertellen de lianen uit Costa-Rica ons?

Enkele resultaten uit het thesisonderzoek:

• Grote verschillen werden waargenomen tussen de onderzochte lianen. Zowel een hoge (1 liaansoort), middelmatige (1 liaansoort) als lage vatbaarheid (3 liaansoorten) voor hydraulisch falen werd vastgesteld.

• De liaan met een hoge vatbaarheid voor hydraulisch falen beschikt over mechanismen (bv. de aanwezigheid van slijmstoffen) om het water in zijn stam vast te houden en hierdoor de trekspanning op de waterketting zeer laag te houden. Zo wordt vroegtijdig hydraulisch falen toch vermeden. Lianen blijken dus een spectrum aan overlevingsmechanismen te hanteren.

• Vier van de vijf onderzochte lianensoorten blijken goed bestand te zijn tegen droogte.

Lianen worden vaak beschouwd als een homogene plantengroep. Ze zouden vatbaar zijn voor hydraulisch falen en dus kwetsbaar zijn voor droogte. De resultaten uit dit onderzoek spreken dit echter tegen.  De onderzochte  lianen zijn voornamelijk goed bestand tegen droogte, waarbij ze gebruik maakten van een scala aan overlevingsstrategieën.

De toekomst?

Lianen, die de laatste decennia reeds toenamen in neotropische bossen, lijken dus ook in de toekomst klimaatverandering (nog meer) te gaan versterken. Deze thesis roept daarom op tot meer onderzoek naar (de heterogeniteit van) lianen, zodat lianen niet enkel een volwaardige plaats krijgen in de wereld van Disney en Tarzan, maar ook in deze van de klimaatmodellen.

Voorspellen van klimaatverandering, gedefinieerd door de prachtige wetten van verbondenheid en oorzaak en gevolg, is een aartsmoeilijke opdracht. Klimaatvoorspellingen vinden hun waarde in de bewustwording en inschatting van het klimaatprobleem, in activering en finaal in het afstemmen van beleid. Laten we dit voorspellen daarom zo nauwkeurig mogelijk doen!