Prisbelönt forskning avslöjar hur varma, ljusa städer påverkar trädens lövsprickning
För att ha visat hur varmare temperaturer och artificiella ljuskällor i storstäderna kan förskjuta tidpunkten för stadsträdens lövsprickning, utses Lin Meng till ”grand prize winner” av Science & SciLifeLab-priset för unga forskare 2021.
Mengs studie – som visar att trädens lövsprickning sker tidigare i amerikanska städer jämfört med amerikanska landsbygdsområden, och att artificiellt ljus kan påskynda denna effekt när klimatet värms upp – var unik, eftersom den inte bara utvärderade effekten av temperaturförändringar, utan också effekten av artificiellt ljus, vilket i hög grad förändrar den vanliga dag-natt-cykeln som växter förlitar sig på.
“Effekten av ljusföroreningar på vegetationsfenologi är en blind fläck”, säger Meng, PhD vid Lawrence Berkeley National Lab i Berkeley, Kalifornien. “Vi ekologer vet mycket om vilka effekter uppvärmning och ökad koldioxidkoncentration har på växter eftersom dessa är de två viktigaste aspekterna av klimatförändringar … men ljus förändras inte i naturen … Så de flesta människor tänker helt enkelt inte på det.”
Meng tyckte att den inverkan som artificiellt ljus visade sig ha på träden i hennes studie var överraskande – något man oftast förbiser när man planerar belysning i stadsmiljöer, tillägger hon.
“Den här forskningen ger en viktig insikt i hur stadsmiljön kan påverka naturliga processer som är avgörande för ekosystemens funktion. Att förstå hur stadsintroducerad temperatur och ljus påverkar vegetationen, både ökar vår kunskap om dessa grundläggande ekologiska interaktioner och kommer samtidigt att hjälpa oss att bygga mer motståndskraftiga stadslandskap”, säger Sacha Vignieri, vice forskningsredaktör på Science, i ett pressmeddelande från AAAS/Science magazine.
Även om klimatuppvärmningen har förskjutit tidpunkten för globala säsongsbetonade händelser för träd så som lövsprickning och knoppning – fenologi – utgör stadsmiljöer ytterligare utmaningar för träd. Dessa platser kan vara upp till 3°C varmare än på landsbygden, ett fenomen som kallas urban värmeö-effekt. Även artificiellt ljus på natten från reklamljus, byggnader, offentliga gatubelysningar och fordon har stor inverkan på de vanliga ljuscykler som plantor är beroende av.
Dessa förändringar, som introducerats av människor, kan påverka fenologin ännu mer än klimatuppvärmningen, skriver Meng i sin prisbelönta uppsats. Hennes intresse att utforska detta vidare väcktes under en resa till körsbärsblomningarna i Peking, Kina, 2015. “Det visade sig att blomningen i Central park var i full gång 10 dagar tidigare än vad prognosen sa”, skriver Meng. “Natten innan planerade jag att besöka Central Park för att se blommorna, men snön kom oväntat, och vad jag såg nästa dag var en nästan fullständig förlust av blommorna.”
Träd som växer på platser med den här typen av extrema variationer i temperatur och tidpunkt för lövsprickning kan vara i riskzonen för faktorer som frost, eller hamna i osynk med andra organismer (t.ex. pollinatörer), skriver Meng.
Hennes observationer av körsbärsblommorna i Peking inspirerade henne till att studera hur andra stadsmiljöer påverkar trädtillväxten, vilket har varit lättare sagt än gjort. “Städer uppvisar högre temperaturer, koldioxidhalter, ljusföroreningar och luftföroreningar, så det är utmanande att reda ut vilka av dessa effekter som är med och påverkar och hur mycket,” skriver Meng.
De studier som tidigare har utforskat städers inverkan på fenologi har varit mer lokala och enbart fokuserat på effekterna av urbana värmeöar. Meng byggde på detta arbete och utökade det till att omfatta hela USA.
Med hjälp av satellitdata jämförde hon vårens begunnelse i stadsmiljöer och på landsbygden i de 85 största amerikanska städerna under perioden 2001 till 2014. Hon upptäckte att lövsprickningen inträffade i genomsnitt 6 dagar tidigare i stadsområden jämfört med landsbygdsområden, till stor del på grund av varmare stadstemperaturer.
Hennes analys avslöjade också att även om klimatförändringarna i städerna startade lövsprickning tidigare än på landsbygden, så påverkade klimatförändringarna lövsprickningen i städerna i en långsammare takt än den gjorde på landsbygden.
“Stadsträden var inte tillräckligt nedkylda under vintern, vilket gjorde att de reagerade långsammare när de värmdes upp på våren”, skrev Meng för att förklara skillnaden.
Meng ville gå vidare med frågan om hur artificiellt ljus påverkar lövsprickning; Närvaron av artificiellt ljus i städer har snabbt ökat under de senaste åren, vilket också sannolikt kommer att fortsätta. Eftersom träd ”väntar” på en viss nivå av dagsljus för att knoppa, har forskare länge undrat om löv som knoppar tidigare på året på grund av uppvärmningen kommer att återgå till det normala om de får uppleva en förkortad dag.
“Just nu är den bästa tiden att ta itu med frågan om de ekologiska konsekvenserna av ljusföroreningar eftersom vi har fler och bättre satelliter som gör det möjligt för oss att se den dagliga ljusintensiteten över hela världen,” skriver Meng.
Med hjälp av en tidigare studie av träd i Alperna undersöktes en region med en relativt enhetlig temperaturfördelning men med varierande dagslängder. Meng bekräftade att kortare fotoperioder – dagar med mindre ljus – minskade det tidiga skiftet av vårens grönska orsakat av klimatuppvärmningar. I städer innebär dock närvaron av artificiellt ljus att dagarna förlängs. Meng ville veta om detta tar bort begränsningarna för tidig grönska, som observerats på platser som Alperna.
Genom att använda färsk satellitdata för artificiellt ljus (från NASA Black Marble) och fenologiobservationer från USA:s nationella fenologinätverk, utforskade Meng vilket inflytande artificiellt ljus hade på den tidigare trenden av lövsprickning i amerikanska städer. Hon fann att artificiellt ljus flyttade fram våren med upp till 9 dagar på platser med intensivt artificiellt ljus.
I framtiden vill Meng undersöka hur olika vegetationsarter reagerar på olika delar av ljusspektrumet; till exempel, kommer lysdioder som avger ett brett ljusspektrum att ha en annan ekologisk påverkan än ”vanliga” natriumgatlyktor som huvudsakligen avger den gul-orangea delen av spektrumet? Ett annat intresseområde är att identifiera den kritiska period under vilken träd är mest känsliga för artificiellt ljus. “Svar på dessa frågor kommer att kunna hjälpa beslutsfattare om vilka typer av ljus som behövs på olika platser i städerna så att vi kan minimera de ekologiska konsekvenserna,” skriver Meng.
Science & SciLifeLabs pris för unga forskare strävar efter att skapa ett levande forskarsamhälle samt att motivera unga forskningstalanger att fortsätta inom sina forskningsområden efter att de påbörjat sin vetenskapliga bana. Huvudpristagaren får ett pris på 30 000 USD och sin essä publicerad av Science.
“Årets pristagare har visat att de kan bedriva utmärkt forskning men, lika viktigt, att de på ett övertygande sätt kunnat förklara sin forskning för en bredare publik”, säger Olli Kallioniemi, Director för SciLifeLab. “Jag hoppas och tror att det här priset ytterligare kommer att stärka dessa unga forskares redan mycket lovande karriärer.”
KATEGORIVINNARE
Adrian Baez-Ortega är vinnare i kategorin ”Genomics, Proteomics and Systems Biology Approaches” för sin uppsats “Mutations trace the evolution of an ancient tumor lineage.” Han fick sin grund- och doktorsexamen i datavetenskap från University of La Laguna, Spanien, och en doktorsexamen i biologiska vetenskaper från University of Cambridge. Sedan 2020 har han haft ett postdoktoralt stipendium vid Wellcome Sanger Institute och ett juniorforskarstipendium vid Magdalene College, Cambridge. Hans forskning fokuserar på de biologiska processer som formar utvecklingen av normala somatiska vävnader och bidrar till åldersrelaterade sjukdomar.
Wenfei Sun är vinnare i kategorin ”Molecular Medicine” för sin uppsats “Fat for heat”. Han tog sin grundexamen från China Pharmaceutical University, magisterexamen från Columbia University och Dr sc. från ETH Zürich. Han påbörjade sitt postdoktorala stipendium vid Stanford University 2021. Hans forskning utnyttjar encelliga genomiska metoder för att studera utvecklingen av metabola sjukdomar och minnesbildning.
Anete Romanauska är vinnare i kategorin ”Cell and Molecular Biology” för sin uppsats “Seing fat in the nucleus”. Hon tog sin grundexamen från Lettlands universitet och en doktorsexamen från Max Perutz Labs vid universitetet i Wien. Från och med 2020 är Anete postdoktor vid Max Perutz Labs, där hon undersöker hur lipidmättnad påverkar membranfunktionalitet.
Läs om alla fyra forskarnas arbeteten på Science magazines webbplats.
Information om det öppna vetenskapliga symposiet finns på: http://scienceprize.scilifelab.se
För att reservera en intervju med en eller flera vinnare, kontakta:
Johan Inganni, Presskontakt på SciLifeLab
johan.inganni@scilifelab.se
+46 (0) 70 255 04 86
Om priset
Science & SciLifeLab Prize for Young Scientists är en internationell utmärkelse som år 2013 skapades gemensamt av SciLifeLab och Science magazine med målet att främja och uppmärksamma unga forskartalanger inom livsvetenskaperna. Nyligen disputerade forskare inbjuds skicka in uppsatser baserade på sina doktorsavhandlingar. De bedöms sedan av en jury från Science med avseende på både vetenskaplig kvalitet och förmågan att förmedla forskningen till en bredare publik. En vinnare från var och en av följande kategorier väljs; Cell and Molecular Biology, Ecology and Enviroment, Genomics, Proteomics and Systems Biology, och Molecular Medicine. En förstapristagare utses från de fyra kategorivinnarna, belönas med 30,000 USD och får sin uppsats publicerad i Science magazine. Kategorivinnarna får 10,000 USD vardera och sina essäer publicerade av Science online. Science & SciLifeLab Prize for Young Scientists möjliggörs genom stöd av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.
Om SciLifeLab
SciLifeLab, Science for Life Laboratory, är ett nationellt center för molekylära biovetenskaper i Sverige, som utvecklar och underhåller unik forskningsinfrastruktur, tjänster och dataresurser för livsvetenskaplig forskning. SciLifeLab koordinerar forskarmiljöer inom hälso- och miljövetenskap, rekrytering och utbildning av unga forskare och främjar samarbeten med industri, sjukvård, statliga organisationer och internationella partners. SciLifeLabs främsta mål är att möjliggöra banbrytande, mångvetenskaplig forskning och främja att forskningen tillämpas till nytta för samhället.
SciLifeLab drivs gemensamt av sina fyra grundande universitet: KTH, Karolinska Institutet, Stockholms universitet och Uppsala universitet. Cirka 200 forskargrupper, 1 500 forskare och 40 nationella infrastruktursfaciliteter är kopplade till SciLifeLab. De två huvudnoderna är placerade i Stockholm och Uppsala, men SciLifeLab har nationella faciliteter vid alla större svenska lärosäten.
About AAAS
AAAS was founded in 1848 and includes nearly 250 affiliated societies and academies of science, serving 10 million individuals. Science has the largest paid circulation of any peer-reviewed general science journal in the world. The non-profit AAAS is open to all and fulfils its mission to “advance science and serve society” through initiatives in science policy, international programs, science education, public engagement, and more. For the latest research news, log onto EurekAlert! (www.eurekalert.org), the premier science news website, a service of AAAS. For additional information about AAAS, see www.aaas.org.