A növények valószínűtlen politikai vita tárgyává váltak. Sok előrejelzés arra utalnak, hogy a fosszilis tüzelőanyagok égetése és az ebből következő éghajlatváltozás megnehezíti mindenki számára a megfelelő ételtermesztést az elkövetkező évtizedekben. De néhány csoport ellenzi a kibocsátásunk korlátozását azt állítják, hogy a szén-dioxid (CO?) magasabb szintje fokozza a növények fotoszintézisét, és így növeli az élelmiszertermelést.
Új kutatás megjelent a Science azt sugallja, hogy megjósolják a CO növekedésének hatásait? a növények növekedésének szintjei valójában bonyolultabbak lehetnek, mint azt bárki várta.
Ahhoz, hogy megértsük, mit találtak a kutatók, szükség van egy kis háttér-információra a fotoszintézisről. Ez az a folyamat, amely fényenergiát használ a CO átalakításához? a cukrokba, amelyek elősegítik a növények növekedését, és végső soron biztosítják azt a táplálékot, amelytől függünk. Sajnos a fotoszintézis hibás.
CO molekulák? Az oxigén és az oxigén hasonló formájú, és a kulcsmechanizmus, amely a CO2-t, egy RuBisCO fülbemászó nevű enzimet gyűjti be, néha összetéveszt egy oxigénmolekulát a CO egyikével?. Ez nem volt probléma amikor a RuBisCO először fejlődött. De körülbelül 30 millió évvel ezelőtt CO? a légkör szintje kevesebb, mint annak egyharmadát, amiben voltak. Kevesebb CO-val? körül a növények tévedésből gyakrabban próbáltak oxigénmolekulákat gyűjteni. Manapság ez gyakran jelentős energia- és erőforrás-felhasználást jelent az üzem számára.
Ahogy melegszik, a RuBisCO még hajlamosabbá válik a hibákra. A víz gyorsabban elpárolog, ami arra kényszeríti a növényeket, hogy tegyenek intézkedéseket a kiszáradás elkerülése érdekében. Sajnos, ha megállítjuk a víz kijutását a leveleikből, az is megállítja a CO-t? bejutva, és ahogy a RuBisCO kifogy a CO?-ból, egyre több erőforrást pazarol el az erőmű erőforrásaiból azzal, hogy helyette oxigént használ. 25°C-on ez a növény által termelt mennyiség egynegyedét fogyaszthatja – és a probléma szélsőségesebbé válik ahogy a hőmérséklet tovább emelkedik.
Néhány azonban a növények kifejlesztettek egy módszert a probléma elkerülésére CO szivattyúzásával? a sejtekhez, ahol a RuBisCO található, hogy felturbózzák a fotoszintézist. Ezeket C4-es üzemeknek nevezik, szemben a normál C3-as üzemekkel, amelyek erre nem képesek. A C4-es növények sokkal termékenyebbek lehetnek, különösen meleg és száraz körülmények között. Innen jöttek, hogy uralják a Föld trópusi gyepeit 5m - 10m évvel ezelőtt, valószínűleg azért, mert a világ ebben az időben szárazabbá vált, a vízfelhasználás hatékonyabb.
A kukorica és a cukornád C4 növények, de a legtöbb növény nem, bár a Bill és Melinda Gates Alapítvány által eredetileg finanszírozott projekt célja a rizs hozamának javítása a következők révén: hozzáadva a C4 gépeket.
A növények növekedésének és terméshozamának legtöbb modellje hatással lesz a CO? A fosszilis tüzelőanyagok elégetése során felszabaduló anyagok feltételezik, hogy a hagyományos C3-as erőművek jobban teljesíthetnek. Eközben a C4-es üzemekben a RuBisCO már elég CO-t kap? és így az emeléseknek kevés hatása van rájuk. Ezt támogatta korábbi rövid távú tanulmányok.
Az új Science cikk egy olyan projekt adatait tartalmazza, amelyben a C3 és a C4 növényeket hasonlították össze a elmúlt években 20. Eredményeik meglepőek. Ahogy az várható volt, az első tíz évben a C3-as fűféléket extra CO-ban termesztették? jobban teljesítettek, de a C4 megfelelőik nem. A kísérlet második évtizedében azonban a helyzet megfordult, és a C3-as növények kevesebb biomasszát termelnek magasabb CO-szint mellett? a C4-es üzemek pedig többet termelnek.
Úgy tűnik, hogy ez a zavaró eredmény azért lehet, mert az idő múlásával kevesebb nitrogén volt elérhető a növények növekedésének megtermékenyítésére a C3 parcellákon és még a C4 parcellákon. Tehát a hatás nemcsak maguknak a növényeknek, hanem a talaj és a mikrobák kémiai kölcsönhatásainak is köszönhető.
Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a CO változásának módja? A kialakult ökoszisztémák hatása valószínűleg összetett és nehezen megjósolható. Lehet, hogy utalnak erre, mivel CO? a légkörben növekszik, a C4 trópusi gyepek talán több szén felszívódása a vártnál, és az erdők, amelyek túlnyomórészt C3, kevésbé képes felszívódni. De a pontos kép valószínűleg a helyi viszonyoktól függ.
Élelmiszerre gyakorolt hatás
Lehet, hogy ez mit jelent az élelmiszer-előállítás során, egyértelműbb és kevésbé megnyugtató, mint az első pillantásra. Ezek az eredmények olyan fűfélékből származnak, amelyek túlélnek és évről évre tovább növekednek. A jelenlegi gabonafélék azonban „egynyári növények”, amelyek egy évszak után elhalnak és újratelepíteni kell őket.
Ennek eredményeként nincs lehetőségük arra, hogy kiépítsék azokat a talajkölcsönhatásokat, amelyek a kísérletben úgy tűnik, hogy felgyorsították a C4 növények növekedését. Nem számíthatunk arra, hogy élelmezésbiztonsági problémáinkat megoldják a CO hatására növekvő C4-es terméshozamok? ahogy a kísérletben tették. Hasonlóképpen, a biomassza C3-as parcellákon tapasztalható esetleges csökkenése nem következhet be a C3-as egynyári növényeknél.
De mint tudjuk, a C3-as növények sokkal több erőforrást pazarolnak el magasabb hőmérsékleten, így a fotoszintézis növekedése a CO emelkedése miatt? szintek valószínűnek tűnnek legalább törölték valami által a globális felmelegedés következményei ez okoz. És ez anélkül, hogy figyelembe veszi a csapadékminták változásait, például gyakoribb aszályok. Azok a megoldások, amelyek túl szépnek tűnnek ahhoz, hogy igazak legyenek, általában azok – és pillanatnyilag még mindig ez a helyzet a CO? a megnövekedett terméshozam táplálja a világot.
De mint tudjuk, a C3-as növények sokkal több erőforrást pazarolnak el magasabb hőmérsékleten, így a fotoszintézis növekedése a CO emelkedése miatt? szintek valószínűnek tűnnek A szerzőről
Stuart Thompson, a növényi biokémia vezető tanára, Westminsteri Egyetem
Ezt a cikket eredetileg közzétették A beszélgetés. Olvassa el a eredeti cikk.
Kapcsolódó könyvek
at InnerSelf Market és Amazon
