Rośliny stały się mało prawdopodobnym przedmiotem debaty politycznej. Wiele projekcji sugerują, że spalanie paliw kopalnych i wynikające z tego zmiany klimatu utrudnią uprawę wystarczającej ilości żywności dla wszystkich w nadchodzących dziesięcioleciach. Ale niektóre grupy sprzeciwiały się ograniczeniu naszych emisji twierdzić, że wyższy poziom dwutlenku węgla (CO?) pobudzi fotosyntezę roślin, a tym samym zwiększy produkcję żywności.
Nowe badania opublikowane w Science sugeruje, że przewidywanie skutków wzrostu poziomu CO? poziomy wzrostu roślin mogą w rzeczywistości być bardziej skomplikowane, niż ktokolwiek się spodziewał.
Aby zrozumieć to, co odkryli naukowcy, potrzeba trochę informacji ogólnych na temat fotosyntezy. Czy jest to proces wykorzystujący energię świetlną do napędzania konwersji CO? w cukry, które napędzają wzrost roślin i ostatecznie dostarczają pożywienia, od którego jesteśmy zależni. Niestety fotosynteza jest wadliwa.
Cząsteczki CO? i tlen mają podobne kształty, a kluczowy mechanizm zbierający CO?, enzym o chwytliwej nazwie RuBisCO, czasami myli cząsteczkę tlenu z cząsteczką CO?. To nie był problem kiedy RuBisCO po raz pierwszy ewoluowało. Ale około 30 milionów lat temu CO? stężenie w atmosferze spadło do poziomu poniżej jedną trzecią tego, co było. Z mniejszą ilością CO? wokół rośliny zaczęły błędnie częściej pobierać cząsteczki tlenu. Obecnie jest to często znaczny uszczerbek na energii i zasobach rośliny.
W miarę jak robi się cieplej, RuBisCO staje się jeszcze bardziej podatne na błędy. Woda również szybciej odparowuje, co zmusza rośliny do podjęcia działań zapobiegających wysychaniu. Niestety, zatrzymanie wydostawania się wody z liści zatrzymuje również CO? dostają się do środka, a w miarę jak RuBisCO staje się pozbawiony CO25, marnuje coraz więcej zasobów rośliny, wykorzystując zamiast tego tlen. W temperaturze XNUMX°C może to pochłonąć jedną czwartą tego, co produkuje roślina – i problem staje się bardziej ekstremalny w miarę dalszego wzrostu temperatur.
Jednak niektóre rośliny opracowały sposób na uniknięcie problemu poprzez pompowanie CO? do komórek, w których znajduje się RuBisCO, w celu turbodoładowania fotosyntezy. Są one znane jako rośliny C4, w przeciwieństwie do normalnych roślin C3, które nie potrafią tego zrobić. Rośliny C4 mogą być znacznie bardziej produktywne, szczególnie w gorących i suchych warunkach. Przybyli, aby zdominować tropikalne łąki Ziemi 5-10 mln lat temu, prawdopodobnie dlatego, że świat stał się w tym czasie bardziej suchy i ich zużycie wody jest bardziej efektywne.
Kukurydza (kukurydza) i trzcina cukrowa to rośliny C4, ale większość upraw nie, chociaż projekt początkowo finansowany przez Fundację Billa i Melindy Gatesów miał na celu poprawę plonów ryżu poprzez dodając do tego maszynerię C4.
Większość modeli wzrostu roślin i plonów będzie miał wpływ CO? uwalniane w wyniku spalania paliw kopalnych założyli, że zwykłe elektrownie C3 mogą działać lepiej. Tymczasem RuBisCO w zakładach C4 otrzymuje już wystarczającą ilość CO? zatem podwyżki powinny mieć na nie niewielki wpływ. Zostało to poparte przez wcześniejsze studia krótkoterminowe.
Nowy artykuł Science przedstawia dane z projektu, który porównuje rośliny C3 i C4 dla po 20 latach. Ich odkrycia są zaskakujące. Jak oczekiwano, przez pierwsze dziesięć lat trawy C3 uprawiane w atmosferze dodatkowego CO? radziły sobie lepiej – ale ich odpowiedniki C4 nie. Jednak w drugiej dekadzie eksperymentu sytuacja się odwróciła i rośliny C3 wytwarzały mniej biomasy przy wyższych poziomach CO? a zakłady C4 produkują więcej.
Wydaje się, że ten kłopotliwy wynik może wynikać z faktu, że w miarę upływu czasu dostępnych było mniej azotu do nawożenia wzrostu roślin na działkach C3 i więcej na działkach C4. Tak więc efekt był spowodowany nie tylko samymi roślinami, ale także ich interakcjami z chemią gleby i jej drobnoustrojami.
Wyniki te sugerują, że sposób, w jaki zmienia się CO? wpływające na ugruntowane ekosystemy będą prawdopodobnie złożone i trudne do przewidzenia. Mogą to sugerować, jako CO? w atmosferze wzrasta, być może mogą to być tropikalne murawy C4 pochłaniać więcej węgla niż oczekiwano, a lasy, które są przeważnie C3, może mniej wchłonąć. Ale dokładny obraz prawdopodobnie będzie zależał od lokalnych warunków.
Wpływ na jedzenie
To, co to oznacza dla produkcji żywności, może być prostsze i mniej pocieszające niż na pierwszy rzut oka. Wyniki te pochodzą z traw, które przetrwały i nadal rosną z roku na rok. Ale obecne uprawy zbóż to „rośliny jednoroczne”, które obumierają po jednym sezonie i muszą zostać przesadzone.
W rezultacie nie mają możliwości nawiązania interakcji z glebą, które, jak się wydaje, pobudziły wzrost roślin C4 w eksperymencie. Czy nie możemy oczekiwać, że nasze problemy związane z bezpieczeństwem żywnościowym zostaną rozwiązane poprzez zwiększenie plonów C4 w odpowiedzi na CO? tak jak to miało miejsce w eksperymencie. Podobnie ostateczny spadek biomasy obserwowany na poletkach C3 nie powinien mieć miejsca w przypadku jednorocznych upraw C3.
Ale jak wiemy, rośliny C3 marnują znacznie więcej zasobów w wyższych temperaturach, więc jaki jest wzrost fotosyntezy w wyniku rosnącego poziomu CO? poziomy wydają się prawdopodobne przynajmniej odwołany przez skutki globalnego ocieplenia to spowoduje. I to bez uwzględnienia zmian wzorców opadów, takich jak częstsze susze. Rozwiązania, które wydają się zbyt dobre, aby mogły być prawdziwe, na ogół takie są – i w tej chwili nadal wydaje się, że tak jest w przypadku koncepcji, że CO? zwiększone plony wyżywią świat.
Ale jak wiemy, rośliny C3 marnują znacznie więcej zasobów w wyższych temperaturach, więc jaki jest wzrost fotosyntezy w wyniku rosnącego poziomu CO? poziomy wydają się prawdopodobne O autorze
Stuart Thompson, starszy wykładowca biochemii roślin, University of Westminster
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki
at Rynek wewnętrzny i Amazon
