Shutterstock 

Растения стали маловероятным предметом политических дебатов. Многие прогнозы предполагают, что сжигание ископаемого топлива и связанное с этим изменение климата затруднят рост продовольствия для всех в ближайшие десятилетия. Но некоторые группы выступают против ограничения наших выбросов утверждают, что более высокий уровень углекислого газа (CO?) усилит фотосинтез растений и, таким образом, увеличит производство продуктов питания.

Новое исследование опубликовано в Science предполагает, что прогнозирование последствий увеличения выбросов CO? уровни роста растений на самом деле могут оказаться более сложными, чем кто-либо ожидал.

Чтобы понять, что обнаружили исследователи, требуется немного базовой информации о фотосинтезе. Это процесс, в котором энергия света используется для преобразования CO? в сахара, которые питают рост растений и в конечном итоге обеспечивают пищу, от которой мы зависим. К сожалению, фотосинтез несовершенен.

Молекулы CO? и кислород имеют схожие формы и являются ключевым механизмом, который собирает CO?, фермент с запоминающимся названием RuBisCO, иногда принимает молекулу кислорода за молекулу CO?, Это не проблема когда RuBisCO впервые развился. Но около 30 миллионов лет назад CO? уровень в атмосфере упал ниже одна треть того, что они были. С меньшим количеством CO? Вокруг растения стали чаще ошибочно пытаться собрать молекулы кислорода. Сегодня это часто приводит к существенному расходу энергии и ресурсов предприятия.

По мере того, как становится все жарче, RuBisCO становится еще более склонным к ошибкам. Вода также испаряется быстрее, вынуждая растения принимать меры, чтобы избежать пересыхания. К сожалению, прекращение выхода воды из листьев также останавливает выброс CO? проникая внутрь, и, поскольку RuBisCO испытывает недостаток CO?, он тратит все больше и больше ресурсов растения, используя вместо этого кислород. При 25°C это может потреблять четверть того, что производит завод, и проблема становится еще более серьезной. по мере повышения температуры.

Однако некоторые растения разработали способ избежать проблемы путем перекачки CO? в клетки, где находится RuBisCO, для ускорения фотосинтеза. Они известны как растения C4, в отличие от обычных растений C3, которые не могут этого сделать. Растения C4 могут быть намного более продуктивными, особенно в жарких и засушливых условиях. Они пришли, чтобы доминировать на тропических лугах Земли из 5m до 10m лет назад, вероятно, потому, что в это время мир стал суше и их использование воды более эффективно.

Кукуруза (кукуруза) и сахарный тростник являются растениями C4, но большинство культур не являются, хотя проект, первоначально финансируемый Фондом Билла и Мелинды Гейтс, стремится улучшить урожайность риса добавив к нему оборудование C4.

Большинство моделей роста растений и урожайности растений будет зависеть от CO? выбросы при сжигании ископаемого топлива предположили, что обычные установки C3 могут работать лучше. Между тем, RuBisCO на заводах C4 уже получает достаточно CO? и поэтому повышение не должно иметь на них большого влияния. Это было поддержано предыдущие краткосрочные исследования.

В новом научном документе представлены данные из проекта, который сравнивал установки C3 и C4 для Прошедшие 20 лет. Их выводы удивительны. Как и ожидалось, в течение первых десяти лет травы C3 росли в условиях повышенного содержания CO? показали лучшие результаты, а их эквиваленты C4 — нет. Однако во втором десятилетии эксперимента ситуация изменилась: растения C3 производили меньше биомассы при более высоких уровнях CO? а заводы C4 производят больше.

Похоже, что этот недоумение может быть вызван тем, что со временем, было доступно меньше азота для удобрения роста растений на участках C3 и более на графиках C4. Таким образом, эффект был вызван не только самими растениями, но и их взаимодействием с химией почвы и ее микробов.

Эти результаты позволяют предположить, как изменяется содержание CO? воздействие на устоявшиеся экосистемы, скорее всего, будет сложным и трудно предсказуемым. Они могут намекнуть, что, как СО? в атмосфере увеличивается, тропические луга C4, возможно, могли бы поглощать больше углерода чем ожидалось, и леса, которые являются преимущественно C3, может поглощать меньше, Но точная картина, вероятно, будет зависеть от местных условий.

Воздействие на продукты питания

То, что это означает для производства продуктов питания, может быть более простым и менее утешительным, чем на первый взгляд. Эти результаты получены из трав, которые выживают и продолжают расти в годовом исчислении. Но нынешние зерновые культуры являются «годовыми растениями», которые умирают после одного сезона и должны быть пересажены.

В результате у них нет возможности создать взаимодействие с почвой, которое, по-видимому, способствовало росту растений C4 в эксперименте. Мы не можем ожидать, что наши проблемы продовольственной безопасности будут решены за счет увеличения урожайности сельскохозяйственных культур C4 в ответ на выбросы CO? как это было в эксперименте. Аналогичным образом, возможное падение биомассы, наблюдаемое на участках C3, не должно произойти с однолетними культурами C3.

Но, как мы знаем, растения C3 тратят гораздо больше ресурсов при более высоких температурах, поэтому какое-либо увеличение фотосинтеза из-за повышения CO? уровни, вероятно, будут по крайней мере, отменено не провела обыск последствия глобального потепления это вызовет. И это без учета изменений в типах осадков, таких как более частые засухи. Решения, которые кажутся слишком хорошими, чтобы быть правдой, обычно таковы – и на данный момент это все еще справедливо для идеи о том, что CO? повышение урожайности сельскохозяйственных культур накормит мир.

Об авторе

Стюарт Томпсон, старший преподаватель биохимии растений, Вестминстерский университет

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon