Ang namumulaklak ay kamangha-manghang: cacti ay kabilang sa ilang mga species ng halaman na maaaring umunlad sa disyerto. Alan Levine / Flickr, CC BY-SA

Ang sikat ng araw, na ginagamit ng mga halaman sa proseso ng potosintesis, ay may kapangyarihan sa halos lahat ng buhay sa lupa. Ang mga espesyal na pagbagay ay nagpapahintulot sa ilang mga halaman na mag-imbak ng isang baterya ng carbon dioxide sa magdamag para magamit sa photosynthesis sa araw, na nagbibigay sa kanila ng makulay na kalamangan sa mga dry desert conditions.

Ang mga proseso na bumubuo sa buhay - tulad ng paglago, pagkukumpuni, paggalaw at pagpaparami - ay nangangailangan ng lahat ng pinagkukunan ng enerhiya. Ang agarang pinagkukunan ng enerhiya na ito para sa maraming nabubuhay na bagay ay ang enerhiya ng kemikal.

Ang mga enerhiya na may mataas na enerhiya na carbon-based molekula, tulad ng mga sugars at taba, ay pinaghiwa-hiwalay upang mapangalagaan ang mga proseso ng buhay. Ang mga mataas na enerhiya na molecule ay hindi natural na mangyari sa kapaligiran. Ang mga gawaing mahiyain at hindi tapat na mga organismo, tulad ng mga tao, ay umaasa sa pagnanakaw ng mataas na mga molecule ng enerhiya mula sa iba pang mga organismo sa pamamagitan ng pagkain sa kanila. Sa huli, gayunpaman, ang mga mas mataas na enerhiya na mga molecule ay kinakailangang palitan ang mga nasira.

Habang ang sugars at fats sadly hindi ulan mula sa espasyo, enerhiya-rich photons (ang susunod na pinakamahusay na bagay) gawin, sa anyo ng sikat ng araw. Ang mas maraming responsableng mga organismo kaysa sa atin, tulad ng mga halaman at algae, ay nagsasagawa ng potosintesis. Ang prosesong ito ay gumagamit ng enerhiya mula sa sikat ng araw upang muling ibalik ang mataas na enerhiya na mga molecule mula sa kanilang produkto ng basura ng basura, carbon dioxide (CO₂), na kung saan ay patuloy na inilabas sa kapaligiran ng lahat ng mga nabubuhay na bagay.

Sa pinakakaraniwang uri ng potosintesis, ang CO₂ ay kinuha sa mga dahon sa araw sa pamamagitan ng maliliit na pores sa ibabaw ng halaman. Pagkatapos ay nakalagay ito, o "nakapirming", diretso sa isang molecule ng asukal na gumagamit ng enerhiya mula sa sikat ng araw, na gagamitin bilang pinagkukunan ng enerhiya ng kemikal - alinman sa halaman, o ng hayop na kumakain nito.

Ang napakaliit na pores ay nagbibigay ng carbon dioxide sa dahon - subalit pinapayagan din ang oxygen sa at tubig. Photohound

Ngunit ang pagkuha CO₂ mula sa kapaligiran ay maaaring maging problema sa ilang mga sitwasyon. Ang pagbubukas ng mga pores sa ibabaw ng planta ay nagbibigay-daan sa CO₂ in, ngunit din ay nagbibigay-daan sa oxygen sa at tubig out. Ang pagkawala ng tubig ay isang problema sa mga tuyo na kapaligiran - lalo na sa panahon ng araw, na kung saan ay kapag ang CO₂ ay kinakailangan para sa potosintesis.

Bukod pa rito, sa mga mainit na kapaligiran, ang halaman ay mas mababa ang kakikitaan sa pagitan ng oxygen at CO₂ at maaari talagang mag-attach ng oxygen sa molekula ng asukal. Kapag ang isang molecule ng oksiheno ay nakatakda sa isang asukal, dapat itong mapahalagahan muli sa makabuluhang energetic na gastos, pagbawas ng netong enerhiya na maaaring makuha ng mga halaman mula sa potosintesis.

Mga baterya ng carbon dioxide para sa kahusayan

Maraming mga grupo ng mga halaman ang umunlad na hindi direktang nakapagpapagaling sa atmospheric CO₂ upang gumawa ng sugars, ngunit maglakip ng CO₂ papunta sa iba pang mga molekula na maaaring maimbak, maihatid at babasagin upang palabasin ang CO₂ muli, tulad ng isang baterya. Ito ay nag-iwas sa mga problema ng pagkawala ng tubig at hindi aksidenteng pag-aayos ng oxygen.

Dalawang alternatibong estratehiya ang umunlad upang magamit ang kakayahang ito: C4 photosynthesis, na manipulahin ang konsentrasyon ng CO₂ sa espasyo, at CAM photosynthesis, na manipulahin ang konsentrasyon sa oras.

Ang C4 photosynthesis ay ginagampanan ng 7,600 species, karamihan sa mga ito ay grasses, kasama ang mais at sorghum. Mayroon itong umunlad nang malaya nang hindi bababa sa 60 na beses, mayroon pa ring mas mababa sa 0.5% ng mga species ng halaman. Kahit na mataas ang mapagkumpitensya sa mga mainit na kapaligiran, ang mga energetic na gastos na nauugnay sa carbon storage ay nangangahulugan na ang mga halaman na dala ang maginoo potosintesis ay may gilid sa mas mababang mga temperatura.

Ang C4 photosynthesis ay gumagamit ng isang espesyal na enzyme upang ayusin ang atmospheric CO₂ papunta sa isang acid. Ang enzyme na ito ay mas mahusay na sa nakikita ang kaibhan sa pagitan ng CO₂ at oxygen kaysa sa klasikong enzyme na ginagamit sa tradisyonal na potosintesis. Ang asido ay inihatid ng malalim sa loob ng planta, kung saan ang mga konsentrasyon ng oxygen ay mas mababa, at ang CO₂ ay muling inilabas. Sa ganitong mababang-oxygen na kapaligiran, ang halaman ay gumagawa ng mas kaunting oxygen-pag-aayos pagkakamali, pagtaas ng kahusayan ng potosintesis. Mayroong isang energetic na gastos sa ito roundabout paraan ng paggawa ng potosintesis, ngunit ito ay higit sa offset sa pamamagitan ng pagbawas sa mahal oxygen pagkapirmi sa mainit na kapaligiran.

Ang mga halaman ng Cacti at pinya ay gumagamit ng CAM photosynthesis upang manatiling makatas. hiyori13 / Flickr, CC BY-SA

Ang iba pang mga alternatibong uri ng potosintesis ay CAM, o Crassulacean Acid Metabolism, na predates C4 photosynthesis sa pamamagitan ng hindi bababa sa 150 milyong taon. Ito ay unang natuklasan sa pamilya Crassula ng mga halaman ngunit mayroon nagbago nang malaya sa maraming mga lineage ng mga halaman, na sumasakop sa mga 9,000 species.

Tulad ng mga halaman ng C4, ang CAM ay nag-iimbak ng CO₂ sa isang acid, ngunit ginagawa ito reaksyon sa gabi, at sa halip na transporting ang mga acid molecules sa ibang bahagi ng halaman, ito ay nag-iimbak lamang sa kanila sa vacuole - ang imbakan na lugar sa gitna ng bawat planta ng cell. Sa araw, kapag ang liwanag na kinakailangan para sa potosintesis ay magagamit, ang halaman ay hindi kailangan upang buksan ang pores nito: ito ay may naka-pack na tanghalian na naka-imbak sa mga cell nito. Pinapayagan nito ang planta na magsagawa ng potosintesis nang hindi binubuksan ang mga pores nito sa araw, na malaki ang pagbawas ng dami ng tubig na nawala.

Ito ay kung paano ang mga halaman ng CAM gaya ng cacti at pinya ay maaaring manatiling matutuyo at puno ng tubig sa kabila ng mga mainit na kapaligiran na lumalaki. Gayunpaman, sa mas malamig o mas malalamig na mga kapaligiran, ang mga problema na malulutas ng CAM at C4 photosynthesis ay hindi masyado - at ang energetic cost pagtatago at muling pagpapalabas ng CO₂ ay nangangahulugan na ang mga halaman ay mapagkumpitensya lamang sa kanilang mga tradisyonal na mga potensyal na photosynthesising sa mainit o tuyo na mga kapaligiran.

Marahil ang pinaka-huling lugar, samakatuwid, na ang isa ay maaaring asahan upang mahanap CAM mga halaman ay sa ilalim ng dagat, isang medyo basa kapaligiran sa pamamagitan ng lahat ng mga account. Ito ay sa ilang mga sorpresa kaya na CAM ay unang iniulat sa planta ng Isoetes ng lawa sinusundan ng mga pagtuklas sa apat na iba pang genera ng nabubuhay sa tubig halaman.

Ang mga maliliit na nabubuhay na halaman ng genus Isoetes ay nagsasagawa ng CAM upang pag-isiping carbon dioxide sa mundo sa ilalim ng dagat. US Fish & Wildlife Service

Sa kabila ng kanilang magkakaibang mga kapaligiran, ang mga halaman sa mga lawa at mga katotohanan ay nagbabahagi sa parehong problema - ang kahirapan sa pagkuha ng CO₂. Habang ang isang pulutong ng CO₂ ay maaaring dissolved sa tubig, ito ay lumalabas nang mas mabagal kaysa sa hangin, kaya ang tubig sa paligid ng isang planta ay maaaring mawawalan ng CO₂. Ang mga nabubuhay sa tubig na mga halaman ay nagbago ng potosintesis ng CAM upang maaari silang magpatuloy sa pagkuha ng CO₂ sa gabi, gamit ito upang madagdagan ang kung saan maaari nilang makuha sa araw.

Bilang karagdagan sa pananaliksik na naglalayong ipakilala ang C4 photosynthesis sa bigas, nagkaroon ng makabuluhang interes sa pagbabago ng mga halaman ng pananim upang maisagawa ang potosintesis ng CAM upang mas mahusay silang makaligtas sa mga droughts na dulot ng pagbabago ng klima.

Tungkol sa Ang May-akda

Daniel Wood, mag-aaral ng PhD sa Plant Biology, University of Sheffield

Ang artikulong ito ay muling nai-publish mula sa Ang pag-uusap sa ilalim ng lisensya ng Creative Commons. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

ing