Gumagana ba ang Mga Pagtaas ng Mga Antas ng Carbon Dioxide Talagang Palakasin ang Pag-unlad ng Plant?
Shutterstock 

Ang mga halaman ay naging isang malamang na hindi paksa ng debate pampulitika. Maraming pagpapakita iminumungkahi na ang nasusunog fossil fuels at ang nagreresulta sa pagbabago ng klima ay magiging mas mahirap na lumago sapat na pagkain para sa lahat sa mga darating na dekada. Ngunit ang ilang mga grupo ay sumasalungat sa paglilimita sa aming mga emissions claim na ang mas mataas na antas ng carbon dioxide (CO?) ay magpapalakas ng photosynthesis ng mga halaman at sa gayon ay madaragdagan ang produksyon ng pagkain.

Bagong pananaliksik na inilathala sa Science nagmumungkahi na ang paghula sa mga epekto ng pagtaas ng CO? Ang mga antas sa paglago ng halaman ay maaaring maging mas kumplikado kaysa sa inaasahan ng sinuman.

Upang maunawaan kung ano ang nalaman ng mga mananaliksik ay nangangailangan ng kaunting background na impormasyon tungkol sa photosynthesis. Ito ang proseso na gumagamit ng liwanag na enerhiya upang palakasin ang conversion ng CO? sa mga asukal na nagpapasigla sa paglago ng halaman at sa huli ay nagbibigay ng pagkain na aming inaasahan. Sa kasamaang palad, ang photosynthesis ay may depekto.

Molecules ng CO? at ang oxygen ay magkatulad na mga hugis at ang pangunahing mekanismo na kumukuha ng CO?, isang enzyme na may kaakit-akit na pangalan ng RuBisCO, kung minsan nagkakamali sa isang molekula ng oxygen para sa isa sa CO?. Hindi ito isang problema kapag RuBisCO unang lumaki. Ngunit mga 30m taon na ang nakalipas CO? ang mga antas sa atmospera ay bumaba sa mas mababa sa isang-katlo ng kung ano sila. Sa mas kaunting CO? sa paligid, ang mga halaman ay nagsimulang maling sinusubukang anihin ang mga molekula ng oxygen nang mas madalas. Ngayon ito ay madalas na isang malaking pag-ubos sa enerhiya at mga mapagkukunan ng halaman.

Habang umiinit ito, mas nagiging prone ang RuBisCO sa mga error. Ang tubig ay sumingaw din nang mas mabilis, na pinipilit ang mga halaman na gumawa ng mga hakbang upang maiwasan ang pagkatuyo. Sa kasamaang palad, ang paghinto ng paglabas ng tubig sa kanilang mga dahon ay humihinto din sa CO? sa pagpasok at, habang ang RuBisCO ay nagugutom sa CO?, mas marami itong sinasayang na mapagkukunan ng halaman sa pamamagitan ng paggamit ng oxygen sa halip. Sa 25°C, maaari nitong ubusin ang isang-kapat ng kung ano ang ginagawa ng halaman - at ang problema ay nagiging mas matinding habang lumalala ang temperatura.

Gayunpaman, ang ilan Ang mga halaman ay bumuo ng isang paraan upang maiwasan ang problema sa pamamagitan ng pumping CO? sa mga cell kung saan matatagpuan ang RuBisCO upang i-turbocharge ang photosynthesis. Ang mga ito ay kilala bilang C4 na halaman, kumpara sa normal na C3 na halaman na hindi ito magagawa. Ang mga halaman ng C4 ay maaaring maging mas produktibo, lalo na sa ilalim ng mainit at tuyo na mga kondisyon. Dumating sila upang dominahin ang mga tropikal na damuhan ng Earth mula sa 5m sa 10m taon na ang nakalilipas, marahil dahil ang mundo ay naging mas mainit sa oras na ito at ang kanilang mas mahusay ang paggamit ng tubig.


innerself subscribe graphic


Ang mais (mais) at tubo ay mga halaman ng C4 ngunit ang karamihan sa mga pananim ay hindi, kahit na ang isang proyekto na pinondohan sa una ng Bill at Melinda Gates Foundation ay naghahanap upang mapabuti ang mga ani sa bigas pagdaragdag ng makinarya ng C4 dito.

Karamihan sa mga modelo kung paano lumalaki ang halaman at nagbubunga ng ani maaapektuhan ba ng CO? ipinapalagay na ang mga regular na halaman ng C3 ay maaaring gumanap ng mas mahusay. Samantala, nakakakuha na ng sapat na CO ang RuBisCO sa mga halaman ng C4? at kaya ang mga pagtaas ay dapat magkaroon ng kaunting epekto sa kanila. Ito ay suportado ng nakaraang panandaliang pag-aaral.

Ang bagong papel sa Science ay nagrereport ng data mula sa isang proyektong pinagsama ang mga halaman ng C3 at C4 para sa nakaraang 20 taon. Ang kanilang mga natuklasan ay nakakagulat. Gaya ng inaasahan, sa unang sampung taon, ang mga damong C3 ay lumago sa ilalim ng dagdag na CO? gumawa ng mas mahusay - ngunit ang kanilang mga katumbas na C4 ay hindi. Gayunpaman, sa ikalawang dekada ng eksperimento ang sitwasyon ay nabaligtad, na ang mga halaman ng C3 ay gumagawa ng mas kaunting biomass sa ilalim ng mas mataas na antas ng CO? at ang mga halaman ng C4 ay gumagawa ng higit pa.

Tila na ang nakagagaling na resulta ay maaaring dahil sa paglipas ng panahon, mas mababa ang nitrogen ay magagamit upang lagyan ng pataba ang paglago ng mga halaman sa mga plota ng C3 at higit pa sa mga plaka ng C4. Kaya ang epekto ay hindi lamang dahil sa mga halaman sa kanilang sarili kundi pati na rin sa kanilang mga pakikipag-ugnayan sa kimika ng lupa at mga mikrobyo nito.

Iminumungkahi ng mga resultang ito na ang paraan ng pagbabago sa CO? makakaapekto sa mga naitatag na ecosystem ay malamang na kumplikado at mahirap hulaan. Maaari silang magpahiwatig na, bilang CO? sa pagtaas ng atmospera, maaaring ang C4 tropikal na damuhan sumisipsip ng mas maraming carbon kaysa sa inaasahan, at kagubatan, na kung saan ay nakararami C3, maaaring mas mahuhuli. Ngunit ang eksaktong larawan ay malamang na nakasalalay sa mga lokal na kondisyon.

Epekto sa pagkain

Ang ibig sabihin nito para sa produksyon ng pagkain ay maaaring maging mas matapat at mas kaaliwan kaysa sa unang sulyap. Ang mga resulta ay mula sa grasses na mabuhay at patuloy na lumalaki taon sa taon. Ngunit ang kasalukuyang pananim ng sereal ay "taunang mga halaman" na namamatay pagkatapos ng isang panahon at kailangang muling maipinta.

Bilang resulta, wala silang pagkakataong buuin ang mga pakikipag-ugnayan sa lupa na tila nagpalakas ng paglaki ng mga halaman ng C4 sa eksperimento. Hindi natin maasahan na ang ating mga problema sa seguridad sa pagkain ay malulutas sa pamamagitan ng pagtaas ng ani ng pananim na C4 bilang tugon sa CO? tulad ng ginawa nila sa eksperimento. Katulad nito, hindi dapat mangyari sa mga taunang pananim ng C3 ang tuluyang pagbagsak ng biomass na nakikita sa mga plot ng C3.

Ang pag-uusapNgunit, tulad ng alam natin, ang mga halaman ng C3 ay nag-aaksaya ng mas maraming mapagkukunan sa mas mataas na temperatura, kaya ang anumang pagtaas sa photosynthesis mula sa pagtaas ng CO? ang mga antas ay tila malamang hindi bababa sa kinansela sa pamamagitan ng mga epekto ng global warming ito ay magiging sanhi. At iyon ay walang pag-aalaga sa mga pagbabago sa mga pattern ng pag-ulan tulad ng mas madalas na droughts. Ang mga solusyon na mukhang napakahusay para maging totoo sa pangkalahatan ay - at, sa ngayon, mukhang iyon pa rin ang kaso para sa ideya na CO? ang pinahusay na ani ng pananim ay magpapakain sa mundo.

Tungkol sa may-akda

Stuart Thompson, Senior Lecturer sa Plant Biochemistry, Unibersidad ng Westminster

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay Books

at InnerSelf Market at Amazon