Tumbuhan telah menjadi subjek perbahasan politik yang tidak mungkin. Banyak unjuran mencadangkan bahawa membakar bahan api fosil dan perubahan iklim yang dihasilkan akan menjadikannya lebih sukar untuk menanam makanan yang cukup untuk semua orang dalam dekad yang akan datang. Tetapi sesetengah kumpulan menentang untuk membatasi pelepasan kami tuntut itu tahap karbon dioksida (CO?) yang lebih tinggi akan meningkatkan fotosintesis tumbuhan dan seterusnya meningkatkan pengeluaran makanan.
Penyelidikan baru diterbitkan dalam Sains mencadangkan bahawa meramalkan kesan peningkatan CO? tahap pertumbuhan tumbuhan sebenarnya mungkin lebih rumit daripada yang dijangkakan oleh sesiapa sahaja.
Untuk memahami apa yang penyelidik dapati memerlukan sedikit maklumat latar belakang tentang fotosintesis. Inikah proses yang menggunakan tenaga cahaya untuk menggerakkan penukaran CO? ke dalam gula yang memacu pertumbuhan tumbuhan dan akhirnya menyediakan makanan yang kita harapkan. Malangnya, fotosintesis adalah cacat.
Molekul CO? dan oksigen adalah bentuk yang serupa dan mekanisme utama yang menuai CO?, enzim dengan nama menarik RuBisCO, kadangkala silap molekul oksigen untuk salah satu CO?. Ini bukan masalah apabila RuBisCO mula-mula berkembang. Tetapi kira-kira 30 juta tahun lalu CO? paras di atmosfera menurun kepada kurang daripada satu pertiga daripada apa yang mereka telah. Dengan kurang CO? sekitar, tumbuh-tumbuhan mula tersilap cuba untuk menuai molekul oksigen lebih kerap. Hari ini, ini sering kali menyusahkan tenaga dan sumber tumbuhan.
Apabila ia menjadi lebih panas, RuBisCO menjadi lebih terdedah kepada ralat. Air juga menyejat lebih cepat, memaksa tumbuhan mengambil langkah untuk mengelakkan kekeringan. Malangnya, menghentikan air keluar dari daun mereka juga menghentikan CO? masuk dan, apabila RuBisCO menjadi kebuluran CO?, ia membazirkan lebih banyak sumber tumbuhan dengan menggunakan oksigen sebaliknya. Pada suhu 25°C, ini boleh memakan satu perempat daripada apa yang dihasilkan oleh tumbuhan – dan masalahnya menjadi lebih melampau apabila suhu semakin meningkat.
Walau bagaimanapun, beberapa tumbuhan membangunkan satu cara untuk mengelakkan masalah dengan mengepam CO? ke sel di mana RuBisCO terletak untuk mengecas turbo fotosintesis. Ini dikenali sebagai tumbuhan C4, berbanding tumbuhan C3 biasa yang tidak boleh melakukan ini. Tumbuhan C4 boleh menjadi lebih produktif, terutamanya dalam keadaan panas dan kering. Mereka datang untuk menguasai padang rumput tropika Bumi dari 5m hingga 10m tahun lalu, mungkin kerana dunia menjadi kering pada masa ini dan mereka Penggunaan air lebih berkesan.
Jagung (jagung) dan tebu adalah tanaman C4 tetapi kebanyakan tanaman tidak, walaupun projek yang pada mulanya dibiayai oleh Yayasan Rang Undang-Undang dan Melinda Gates telah berusaha untuk meningkatkan hasil beras menambah jentera C4 kepadanya.
Kebanyakan model bagaimana pertumbuhan tumbuhan dan hasil tanaman akan terjejas oleh CO? yang dilepaskan dengan membakar bahan api fosil telah mengandaikan bahawa loji C3 biasa mungkin berprestasi lebih baik. Sementara itu, RuBisCO dalam loji C4 sudah mendapat CO yang mencukupi? dan oleh itu kenaikan sepatutnya mempunyai sedikit kesan ke atas mereka. Ini telah disokong oleh kajian jangka pendek sebelumnya.
Kertas Sains baru melaporkan data daripada projek yang telah membandingkan tanaman C3 dan C4 untuk 20 tahun yang lalu. Penemuan mereka sangat mengejutkan. Seperti yang dijangkakan, untuk sepuluh tahun pertama, rumput C3 ditanam di bawah CO tambahan? melakukan lebih baik – tetapi setara C4 mereka tidak. Walau bagaimanapun, dalam dekad kedua eksperimen keadaan bertukar, dengan loji C3 menghasilkan kurang biojisim di bawah tahap CO yang lebih tinggi? dan loji C4 menghasilkan lebih banyak.
Nampaknya keputusan yang membingungkan ini mungkin disebabkan oleh masa berlalu, kurang nitrogen boleh didapati untuk menyuburkan pertumbuhan tumbuhan di plot C3 dan lebih banyak lagi di plot C4. Jadi kesan itu bukan hanya disebabkan oleh tumbuhan sendiri tetapi juga untuk interaksi mereka dengan kimia tanah dan mikrobnya.
Keputusan ini mencadangkan bahawa cara yang berubah dalam CO? menjejaskan ekosistem yang mantap berkemungkinan kompleks dan sukar untuk diramalkan. Mereka mungkin membayangkan bahawa, sebagai CO? dalam peningkatan atmosfera, padang rumput tropika C4 mungkin boleh menyerap lebih banyak karbon daripada yang dijangkakan, dan hutan, yang kebanyakannya adalah C3, mungkin menyerap kurang. Tetapi gambar yang tepat mungkin bergantung kepada keadaan setempat.
Kesan ke atas makanan
Apa ini bermakna pengeluaran makanan mungkin lebih mudah dan kurang selesa daripada pandangan pertama. Keputusan ini berasal dari rumput yang bertahan dan terus tumbuh tahun demi tahun. Tetapi tanaman bijirin semasa adalah "tumbuhan tahunan" yang mati selepas satu musim dan perlu ditanam semula.
Akibatnya, mereka tidak mempunyai peluang untuk membina interaksi tanah yang nampaknya telah meningkatkan pertumbuhan tumbuhan C4 dalam eksperimen. Kita tidak boleh menjangkakan bahawa masalah keselamatan makanan kita akan diselesaikan dengan hasil tanaman C4 yang meningkat sebagai tindak balas kepada CO? seperti yang mereka lakukan dalam eksperimen. Begitu juga, kejatuhan akhirnya dalam biojisim yang dilihat dalam plot C3 tidak sepatutnya berlaku dalam tanaman tahunan C3.
Tetapi, seperti yang kita ketahui, tumbuhan C3 membuang lebih banyak sumber pada suhu yang lebih tinggi, jadi apa-apa peningkatan dalam fotosintesis daripada peningkatan CO? tahap nampaknya mungkin sekurang-kurangnya dibatalkan oleh kesan pemanasan global ia akan menyebabkan. Dan itu tanpa pemfaktoran dalam perubahan kepada corak hujan seperti kekeringan yang lebih kerap. Penyelesaian yang nampaknya terlalu bagus untuk menjadi kenyataan secara amnya adalah – dan, buat masa ini, itu nampaknya masih berlaku untuk idea bahawa CO? hasil tanaman yang dipertingkatkan akan memberi makan kepada dunia.
Tetapi, seperti yang kita ketahui, tumbuhan C3 membuang lebih banyak sumber pada suhu yang lebih tinggi, jadi apa-apa peningkatan dalam fotosintesis daripada peningkatan CO? tahap nampaknya mungkin Mengenai Pengarang
Stuart Thompson, Pensyarah Kanan dalam Biokimia Tumbuhan, Universiti Westminster
Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.
Buku-buku yang berkaitan
at InnerSelf Market dan Amazon
