Developing a method to measure UV-B flux through time using aromatic compounds contained in fossil pollen and leaf cuticle

Planter kan også bli solbrente! Ultrafiolett stråling (UV-B) i sollys er skadelig for arvestoffet, og påvirker helse, avlinger, det biologiske mangfoldet, økosystemene og stoffkretsløpet på jorda. Vi vet at det har vært stor variasjon i UV-B-innstrålingen gjennom jordas historie, blant annet på grunn av supervulkanutbrudd og variasjon i solens innstråling. I noen perioder (f.eks perm-tiden), kan UV-B innstrålingen har vært opp til 80% høyere enn i dag. Dersom disse anslagene er korrekte må disse periodene med høy UV-B-stråling ha hatt dramatiske konsekvenser for livet på jorda. Frem til nå har det ikke vært mulig å rekonstruere fortidens UV-B innstråling med særlig grad av nøyaktighet, og dermed har det ikke vært mulig å studere variasjonen i innstråling, og effektene av den, vært begrenset. PARASOL-prosjektet har bidratt til å utvikle en metode for å rekonstruere i fortidens UV-B stråling ved hjelp av aromatiske forbindelser i plantemateriale. Plantens produksjon av disse forbindelsene er antatt å virke som solkrem- en beskyttelsesmekanisme mot høy UV-B eksponering. Når de først er dannet er disse forbindelsene er svært stabile og blir bevart, for eksempel i pollenkorn og i celleveggene til furunåler, som igjen bevares i innsjøsedimenter gjennom tusener av år. Vi har altså undersøkt om pollenkornenes «solkrem» i slike sedimenter kan brukes til å rekonstruere fortidens UV-B innstråling. Vi har brukt furupollen og furunåler fordi furu er en vanlig art som produserer mye pollen, noe som er nødvendig for å kunne bruke metoden på fossile prøver. I PARASOL har vi brukt mye tid på å finslipe analysemetoder i laboratoriet for å få et mest mulig presist estimat av hvor mye kumarinsyre det faktisk er i pollenkornene. Dette er en viktig forutsetning for å kunne utvikle en presis metode som kan gi oss gode kvantitative estimater for fortidens UV-B-stråling. Deretter undersøkte vi om produksjonen av kumarinsyre i pollenkornet er genetisk bestemt, eller om det varierer fra år til år eller kanskje også på kortere tidsskala avhengig av variasjon i UV-B-strålingen. Dette gjorde vi ved hjelp av et eksperiment der vi pakket inn noen pollenkongler i skyggeduk den siste måneden før pollenspredningen. Vi sammenlignet også pollen fra de samme trærne i to forskjellige år med forskjellig UV-B-innstråling. Vi fant at kumarinsyrenivået i pollenkornene bestemmes av årets UV-B-stråling, og videre at det bare var de to siste ukene før pollenspredning som betyr noe. Dette fikk vi bekreftet i et annet studie, der vi sammenlignet furupollen fra 19 botaniske hager fra hele Europa. Vi har valgt hagene slik at vi får størst mulig variasjon i temperatur, nedbør og UV-B innstråling samtidig som disse variablene er mest mulig uavhengige av hverandre. Det viste seg at variasjon i UV-B-stråling de siste to ukene før pollenspredning kunne forklare variasjonen i kumarinsyre i pollenkornene, mens gjennomsnittlig UV-B-stråling gjennom det siste året, eller over mange år, ikke hadde noen effekt. Metodene utviklet i PARASOL danner et viktig grunnlag for å kunne rekonstruere fortidens UV-B-stråling. Målet er å bidra til en forståelse hvordan variasjon i UV-B-stråling over millioner av år har påvirket og bidratt til å forme det biologiske mangfoldet og økosystemene på jorda.

Increased exposure to ultra-violet radiation (UV-B) is known presently to have a whole host of specific effects on human health, crops, terrestrial ecosystems and biogeochemical cycles. It is also known that there will have been large variations in the am ount of incoming UV-B flux throughout Earth's history in response to Milankovitch oscillations, super-volcanic events and variations in cloud cover. Estimates from modelling suggest that in some intervals (e.g. End Permian), for example, incoming UV-B flu x could have been up to 80% higher than present. If these estimates are correct then the impact on terrestrial ecosystems could have been profound, affecting all aspects of ecosystems from biomes through to genes, up to and including altering the mode and tempo of evolution. Up until now it has not been possible to reconstruct an accurate measure of UV-B flux through time. Modelling of UV-B flux is extremely difficult because of the unknown spatial variation in cloud cover over time; this could have had a highly influential role in determining the amount of UV-B radiation reaching the ground. We have recently discovered that a potentially important method for reconstructing UV-B flux through time is in the measurement of aromatic compounds in the wall of pollen grains of Pinus spp. The concentration of these compounds varies according to the level of UV-B light in which the plant is grown. Furthermore, the compounds are highly resistant to decay and well preserved in fossil pollen. The potential of th is technique for developing an important measure of UV-B flux through time against which terrestrial ecosystem responses can be examined, is huge. However, before this technique can be used to quantitatively determine past UV-B flux it is essential to sys tematically determine its sensitivity over a range of spatial and temporal scales. This is the focus of the proposed research project.