Zní to jako neuvěřitelný paradox, ale sucho může znamenat i růst

Vyšší koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře jsou jedním z hlavních faktorů současné klimatické změny. Nová studie publikovaná v časopise Nature však přináší překvapivé zjištění. Některé tropické a subtropické trávy totiž v sušších podmínkách při vyšší koncentraci CO₂ nejen lépe hospodaří s vodou, ale také vytvářejí více biomasy. Výzkum založený na 70 experimentálních studiích a 32 letech pozorování africké savany ukazuje, že rostoucí množství CO₂ může podporovat růst trav právě tam, kde je vody nejméně.

Oxid uhličitý je dnes především symbolem oteplování planety. Jeho rostoucí koncentrace v atmosféře přispívá k zesilování skleníkového efektu a společně s dalšími faktory ovlivňuje teplotu, srážky a dostupnost vody. Rostliny však CO₂ současně potřebují jako základní surovinu pro fotosyntézu. Právě tato dvojí role vytváří jeden z nejzajímavějších paradoxů současné ekologie. Látka, která zvyšuje klimatické riziko, může současně za určitých podmínek přímo pomáhat některým rostlinám růst.

Nová práce Kimberley J. Simpson a jejích kolegů publikovaná 19. srpna 2026 v časopise Nature se zaměřila na trávy s fotosyntetickým metabolismem C₄, které jsou typické pro rozsáhlé tropické a subtropické savany. Tyto ekosystémy mají mimořádný význam pro fungování pozemské biosféry a podle autorů studie se podílejí přibližně 30 procenty na celkové primární produkci souše. Přesto dosud nebylo dostatečně jasné, jak jejich travní vegetace dlouhodobě reaguje na rostoucí koncentraci CO₂ v atmosféře.

Biologické limity fotosyntézy typu C₄

Důvodem byla především samotná biologie C₄ rostlin. Jejich fotosyntetický mechanismus je totiž přizpůsoben prostředí s vysokými teplotami a intenzivním slunečním zářením a dokáže koncentrovat CO₂ v místech, kde probíhá fotosyntéza. Z tohoto důvodu se dlouho předpokládalo, že další zvyšování koncentrace CO₂ už pro C4 trávy nebude představovat významnou výhodu. Zvláště u intenzivně šlechtěných zemědělských plodin se totiž tento efekt za dobrého zásobení vodou ukazuje jako malý nebo zanedbatelný. U volně rostoucích trav v přirozených savanách je však situace podstatně složitější.

Výzkumníci proto spojili několik nezávislých zdrojů informací. Nejprve provedli rozsáhlou metaanalýzu 70 experimentálních studií, které sledovaly reakci divoce rostoucích C₄ trav na zvýšenou koncentraci CO₂. Soubor zahrnoval 82 druhů trav a stovky jednotlivých porovnání rostlin vystavených běžné a zvýšené koncentraci CO₂. Výsledky ukázaly, že zvýšené množství CO₂ podporovalo tvorbu nadzemní biomasy především tehdy, když rostliny současně trpěly nedostatkem vody. A právě zde se skrývá nejzajímavější část celého objevu.

Strategie efektivního uzavírání průduchů

Vyšší koncentrace CO₂ totiž nemusí rostlině pomáhat pouze tím, že jí poskytne více suroviny pro fotosyntézu. Zásadní je také způsob, jakým rostlina zachází s vodou. Při vyšší koncentraci CO₂ mohou rostliny omezovat otevírání průduchů na listech. Průduchy jsou drobné póry, kterými rostlina přijímá CO₂, zároveň však přes ně uniká voda v podobě vodní páry. Když se jejich otevření omezí, rostlina může snížit ztráty vody a efektivněji využívat zásobu, kterou má k dispozici.

Za dostatku vody nemusí mít tento mechanismus velký význam. V okamžiku, kdy se půda začne vysušovat, se však situace mění. Každá ušetřená část vody může prodloužit dobu, po kterou rostlina dokáže aktivně fotosyntetizovat a vytvářet novou biomasu. Studie proto ukazuje, že přínos vyšší koncentrace CO₂ byl u sledovaných C₄ trav výraznější právě za vodního omezení.

Výzkumníci tento mechanismus podpořili také sledováním vodního režimu rostlin. Experimenty ukázaly, že při zvýšené koncentraci CO₂ se mění hospodaření trav s vodou a zlepšuje se jejich vodní stav. Autoři proto předpokládají, že pozorovaný nárůst produkce není způsoben pouze přímým zvýšením rychlosti fotosyntézy, ale především tím, že rostliny dokážou lépe hospodařit s omezeným množstvím vody. Díky tomu mohou pokračovat v růstu déle po dešťových událostech a částečně prodloužit období aktivního růstu i do sušší části roku.

Tři desetiletí sledování jihoafrické krajiny

Teorie by však sama o sobě nestačila. Proto vědci hledali důkaz také přímo v krajině. Využili mimořádně cennou 32letou časovou řadu z Krugerova národního parku v Jihoafrické republice. V tamní savaně sledovali produkci travní biomasy na 533 plochách a mohli tak porovnat vývoj vegetace v období, kdy atmosférická koncentrace CO₂ výrazně vzrostla.

Výsledek byl pozoruhodný. Produkce trav se během sledovaných tří desetiletí zvýšila. Po zohlednění dalších faktorů vědci odhadli, že v prvním roce po požáru vzrostla průměrná produkce biomasy o 75,1 gramu na metr čtvereční, což odpovídá přibližně 28% zvýšení roční produkce trav. Autoři zároveň odhadli, že růst koncentrace CO₂ mohl vysvětlit přibližně 75,1 gramu uhlíku na metr čtvereční, respektive 0,37 tuny uhlíku na hektar roční produkce.

Zvlášť zajímavé bylo srovnání sušších a vlhčích částí savany. Absolutní přírůstek biomasy byl podle analýzy podobný, ale relativní odezva na rostoucí koncentraci CO₂ byla výraznější v sušších oblastech. Jinými slovy, právě tam, kde rostliny čelí většímu nedostatku vody, se výhoda vyšší koncentrace CO₂ pro travní vegetaci projevovala silněji.

Prověřování alternativních klimatických vlivů

Výzkumníci současně prověřovali, zda za růstem trav nemohly stát jiné faktory. Dlouhodobé záznamy například neukázaly celkový trend v množství ročních srážek ani v počtu dešťových událostí. Teplota však během sledovaného období rostla. Přesto kombinace experimentů, terénních pozorování a statistických analýz podle autorů nejlépe odpovídá vysvětlení, že významnou část dlouhodobého růstu produkce trav lze spojovat právě s rostoucí koncentrací CO₂.

Zajímavý je také detail týkající se samotných srážek. V Krugerově národním parku nebylo více travní biomasy nutně spojeno s větším počtem dešťových událostí. Naopak méně dešťových událostí bylo někdy spojeno s větší produkcí trávy, protože při stejném celkovém množství srážek připadalo více vody na jednu událost. Rostliny tak mohly získat větší jednorázovou zásobu vody, kterou následně využívaly během delšího období.

Studie tím zároveň upozorňuje, že vztah mezi suchem a produktivitou vegetace není tak jednoduchý, jak by se mohlo zdát. Nedostatek vody je bezpochyby významným omezením růstu a stále častější a intenzivnější sucha představují pro ekosystémy vážné riziko. Současný výzkum globálního sucha například ukazuje, že rostoucí atmosférická výparná poptávka, tedy množství vody, které atmosféra za daných podmínek dokáže z vegetace a povrchu odebírat, významně přispívá k růstu intenzity sucha.

Komplexní ekosystémová rovnováha

Nová studie proto rozhodně neříká, že více CO₂ je pro přírodu jednoduše dobrá zpráva. Ukazuje něco mnohem zajímavějšího. Ekosystémy mohou na rostoucí koncentraci skleníkového plynu reagovat způsobem, který se liší podle dostupnosti vody, typu rostlin, teploty a dalších podmínek prostředí. Stejný faktor může současně přispívat k oteplování klimatu a některým rostlinám zlepšovat schopnost hospodařit s vodou.

Důsledky mohou být značné také pro samotné fungování savan. Více travní biomasy znamená více potravy pro býložravce, více organického materiálu a také více paliva pro požáry. Právě požáry představují jeden z důležitých mechanismů, který může další vývoj savan ovlivňovat. Pokud je množství dostupného paliva jedním z hlavních omezení požární aktivity, více trávy může znamenat také větší rozsah požárů. Terénní data z Krugerova národního parku skutečně naznačila dlouhodobý nárůst výskytu požárů související s rostoucím množstvím travní biomasy, tento trend však byl poměrně malý a statisticky slabý.

Ještě komplikovanější je otázka uhlíku. Na první pohled by se mohlo zdát, že více trávy automaticky znamená více uhlíku uloženého v ekosystému. Jenže nadzemní biomasa savan je vystavena požárům a intenzivnímu spásání. Dlouhodobější ukládání uhlíku proto často probíhá především v půdě a kořenových systémech. Experimenty přitom neukázaly jednoznačný nárůst kořenové biomasy při zvýšené koncentraci CO₂.

Proměny kvality potravy a budoucí simulace

Další otázkou je kvalita potravy. Vyšší koncentrace CO₂ může měnit poměr uhlíku a dusíku v rostlinných pletivech a tím ovlivnit také obsah bílkovin. To může mít následky pro býložravce, rozklad odumřelé biomasy i následné ukládání uhlíku v půdě. Zároveň může docházet ke změnám vztahu mezi travami a dřevinami, protože rostoucí koncentrace CO₂ může podporovat také šíření dřevin v některých savanách. Výsledná podoba ekosystému tak závisí na vzájemném působení vegetace, vody, požárů, býložravců a klimatických podmínek.

Vědci se proto pokusili podívat také do budoucnosti pomocí modelu Community Land Model. Simulace pro oblasti Krugerova národního parku ukázaly, že pozitivní vliv rostoucí koncentrace CO₂ na produktivitu C₄ trav může pokračovat i v průběhu 21. století a v některých scénářích převážit nad negativním působením vyšších teplot a rostoucí aridity, tedy suchosti prostředí způsobené nedostatkem vody a vyšším výparem. Neznamená to ovšem, že budoucí savany budou automaticky zelenější. Modelování zároveň ukazuje, že výsledná podoba vegetace a požárního režimu bude záviset na kombinaci jednotlivých faktorů.

Právě v tom spočívá hlavní význam studie. Ukazuje, že při hodnocení budoucnosti vegetace nestačí pouze sledovat, kolik bude v atmosféře CO₂, kolik naprší nebo o kolik vzroste teplota. Rostliny na tyto podmínky reagují současně a jeden proces může měnit význam jiného. Vyšší koncentrace CO₂ může například pomoci trávě šetřit vodu, ale současně vyšší teplota a sušší atmosféra mohou dostupnost vody zhoršovat. Výsledný stav proto není možné odvodit z jediného klimatického ukazatele.

Skryté riziko efektu ředění živin

Zjištění je důležité i proto, že dosavadní představy o reakci C₄ trav na CO₂ byly pravděpodobně příliš zjednodušené. Zatímco u C₃ rostlin (většina běžných rostlin, například pšenice, rýže nebo brambory, které při fotosyntéze vytvářejí první stabilní produkt se třemi atomy uhlíku) je pozitivní reakce na zvýšenou koncentraci CO₂ dobře známá, C₄ trávy (rostliny se speciálním typem fotosyntézy, například kukuřice, čirok, proso nebo řada trav rostoucích v afrických savanách), který jim umožňuje lépe využívat CO₂ za vysokých teplot a při nedostatku vody) byly dlouho považovány za skupinu, která z tohoto efektu příliš netěží. Nová práce tento obraz podstatně zpřesňuje. Ukazuje, že právě ve vodou omezeném prostředí může být reakce volně rostoucích C₄ trav výrazná.

Vyšší koncentrace CO₂ však nemusí znamenat pouze více rostlinné hmoty. U řady rostlin, především u C₃ plodin, se současně pozoruje takzvaný efekt ředění živin. Rostlina při vyšší koncentraci CO₂ vytváří více uhlíkatých látek a biomasy, zatímco množství některých minerálních prvků a dusíku nemusí růst stejným tempem. Jejich koncentrace v rostlinných pletivech proto může klesat. U zemědělských plodin byly při zvýšeném CO₂ opakovaně zaznamenány například nižší koncentrace bílkovin, železa a zinku. To znamená, že větší množství biomasy nemusí automaticky znamenat také vyšší výživovou hodnotu.

Zároveň ale není možné tento výsledek přenést na všechny rostliny nebo všechny suché oblasti. Studie se zaměřila na konkrétní skupinu trav a především na savanové ekosystémy. Jiný druh rostliny může reagovat odlišně a jinak se může vyvíjet také ekosystém vystavený současně extrémnímu suchu, vysokým teplotám, změnám požárního režimu nebo změnám hospodaření člověka. Paradox, který studie odhaluje, je proto velmi důležitý. Vyšší koncentrace CO₂ může za určitých podmínek znamenat více trávy právě tam, kde je vody málo.

Zdroj: Ilustrativní obrázek pro vás vytvořil ChatGPT. Pokud jste v tom nepoznali ruku umělé inteligence, vězte, že žádný robot při tvorbě neutrpěl žádnou újmu