Växter har blivit ett osannolikt ämne för politisk debatt. Många projektioner föreslår att bränna fossila bränslen och den därmed sammankomna klimatförändringen kommer att göra det svårare att odla tillräckligt med mat för alla under de kommande årtiondena. Men vissa grupper motsatte sig att begränsa våra utsläpp hävdar att högre nivåer av koldioxid (CO?) kommer att öka växternas fotosyntes och därmed öka livsmedelsproduktionen.
ny forskning publicerad i Science föreslår att förutsäga effekterna av ökande CO? nivåer på växttillväxt kan faktiskt vara mer komplicerade än någon hade förväntat sig.
För att förstå vad forskarna har fått reda på krävs lite bakgrundsinformation om fotosyntes. Detta är den process som använder ljusenergi för att driva omvandlingen av CO? till sockerarterna som driver växternas tillväxt och i slutändan ger den mat vi är beroende av. Tyvärr är fotosyntesen bristfällig.
Molekyler av CO? och syre är liknande former och nyckelmekanismen som skördar CO?, ett enzym med det catchy namnet RuBisCO, ibland misstag en syremolekyl för en av CO?. Detta var inte ett problem när RuBisCO utvecklades först. Men för cirka 30 miljoner år sedan CO? nivåerna i atmosfären sjönk till mindre än en tredjedel av vad de hade varit. Med mindre CO? runt började växter av misstag att försöka skörda syremolekyler oftare. Idag är detta ofta ett stort tapp på en anläggnings energi och resurser.
När det blir varmare blir RuBisCO ännu mer benägen för fel. Vatten avdunstar också snabbare, vilket tvingar växter att vidta åtgärder för att undvika uttorkning. Tyvärr, stoppar vatten att komma ut ur deras löv också stoppa CO? tar sig in och när RuBisCO blir svält på CO?, slösar den mer och mer av anläggningens resurser genom att istället använda syre. Vid 25°C kan detta förbruka en fjärdedel av vad växten producerar – och problemet blir mer extremt när temperaturen stiger ytterligare.
Men vissa växter utvecklades ett sätt att undvika problemet genom att pumpa CO? till cellerna där RuBisCO finns för att turboladda fotosyntesen. Dessa är kända som C4-växter, till skillnad från vanliga C3-växter som inte kan göra detta. C4-växter kan vara mycket mer produktiva, särskilt under varma och torra förhållanden. De kom att dominera jordens tropiska gräsmarker från 5m till 10m år sedan, förmodligen för att världen blev torrare vid denna tidpunkt och deras vattenanvändning är effektivare.
Majs och sockerrör är C4-växter men de flesta grödor är inte, även om ett projekt som initierats av Bill och Melinda Gates Foundation har försökt förbättra räntorna i ris med tillsätter C4-maskiner till den.
De flesta modeller av hur växtväxt och avkastning ger kommer att påverkas av CO? frigörs genom förbränning av fossila bränslen har antagit att vanliga C3-anläggningar kan prestera bättre. Samtidigt får RuBisCO i C4-anläggningar redan tillräckligt med CO? och därför bör höjningar ha liten effekt på dem. Detta har fått stöd av tidigare kortsiktiga studier.
Det nya vetenskapliga pappret rapporterar data från ett projekt som har jämfört C3- och C4-växter för senaste 20 år. Deras resultat är överraskande. Som väntat, under de första tio åren, C3-gräs odlat under extra CO? gjorde det bättre – men deras C4-motsvarigheter gjorde det inte. Men under det andra decenniet av experimentet vände situationen, med C3-anläggningarna som producerade mindre biomassa under högre nivåer av CO? och C4-fabrikerna producerar mer.
Det verkar som om detta förvirrande resultat kan bero på att när tiden gick, mindre kväve var tillgängligt att befrukta tillväxt av växter i C3-tomterna och mer i C4-tomterna. Så effekten var inte bara på grund av växterna själva utan också för deras växelverkan med jordens kemi och dess mikrober.
Dessa resultat tyder på att hur det förändras i CO? påverka etablerade ekosystem är sannolikt komplexa och svåra att förutsäga. De kan antyda det, som CO? i atmosfären ökar, kan C4 tropiska gräsmarker kanske absorbera mer kol än förväntat, och skogar, som övervägande är C3, kan absorbera mindre. Men den exakta bilden är sannolikt beroende av lokala förhållanden.
Påverkan på mat
Vad detta betyder för livsmedelsproduktion kan vara enklare och mindre tröst än vid första anblicken. Dessa resultat är från gräs som överlever och fortsätter växa år efter år. Men nuvarande grödor är "årliga växter" som dör efter en säsong och måste repliseras.
Som ett resultat har de inte möjlighet att bygga upp de jordinteraktioner som verkar ha ökat tillväxten av C4-växterna i experimentet. Vi kan inte förvänta oss att våra livsmedelsförsörjningsproblem kommer att lösas genom att C4-skördarna ökar som svar på CO? som de gjorde i experimentet. På samma sätt bör den eventuella nedgången i biomassa som ses i C3-områdena inte ske i C3-åriga grödor.
Men, som vi vet, slösar C3-växter mycket mer resurser vid högre temperaturer, så någon ökning av fotosyntesen från stigande CO? nivåer verkar sannolikt vara åtminstone avbruten genom att effekter av den globala uppvärmningen det kommer att orsaka. Och det är utan factoring i förändringar i regnmönster som mer frekventa torka. Lösningar som verkar vara för bra för att vara sanna är generellt sett – och för tillfället verkar det fortfarande vara fallet för tanken att CO? ökade skördar kommer att föda världen.
Men, som vi vet, slösar C3-växter mycket mer resurser vid högre temperaturer, så någon ökning av fotosyntesen från stigande CO? nivåer verkar sannolikt vara Om författaren
Stuart Thompson, universitetslektor i växtbiokemi, University of Westminster
Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.
relaterade böcker
at InnerSelf Market och Amazon
