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Pflanzen sind zu einem unwahrscheinlichen Thema der politischen Debatte geworden. Viele Projektionen Ich schlage vor, dass die Verbrennung fossiler Brennstoffe und der daraus resultierende Klimawandel es schwerer machen wird, in den kommenden Jahrzehnten genug Nahrung für alle zu erzeugen. Aber einige Gruppen lehnen eine Begrenzung unserer Emissionen ab behaupten, dass Ein höherer Kohlendioxidgehalt (CO?) kurbelt die Photosynthese der Pflanzen an und erhöht so die Nahrungsmittelproduktion.

Neue Forschung veröffentlicht in Wissenschaft legt nahe, die Auswirkungen eines zunehmenden CO-Ausstoßes vorherzusagen? Die Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum könnten tatsächlich komplizierter sein, als irgendjemand erwartet hätte.

Um zu verstehen, was die Forscher herausgefunden haben, sind einige Hintergrundinformationen zur Photosynthese erforderlich. Dies ist der Prozess, der Lichtenergie nutzt, um die Umwandlung von CO anzutreiben? in den Zucker, der das Pflanzenwachstum antreibt und letztendlich die Nahrung liefert, auf die wir angewiesen sind. Leider ist die Photosynthese fehlerhaft.

CO-Moleküle? und Sauerstoff haben ähnliche Formen und sind der Schlüsselmechanismus für die Gewinnung von CO?, einem Enzym mit dem eingängigen Namen RuBisCO verwechselt ein Sauerstoffmolekül mit einem von CO?. Das war kein Problem als RuBisCO sich zuerst entwickelte. Aber vor etwa 30 Millionen Jahren CO? Die Werte in der Atmosphäre sanken auf weniger als ein Drittel von dem, was sie gewesen waren. Mit weniger CO? In der Umgebung begannen Pflanzen fälschlicherweise häufiger, Sauerstoffmoleküle zu gewinnen. Heutzutage ist dies oft eine erhebliche Belastung für die Energie und Ressourcen einer Anlage.

Je heißer es wird, desto fehleranfälliger wird RuBisCO. Außerdem verdunstet Wasser schneller, was die Pflanzen dazu zwingt, Maßnahmen zu ergreifen, um ein Austrocknen zu verhindern. Unglücklicherweise stoppt die Verhinderung des Wasseraustritts aus ihren Blättern auch den CO25-Ausstoß. Wenn RuBisCO kein CO mehr mehr hat, verschwendet es immer mehr Ressourcen der Pflanze, indem es stattdessen Sauerstoff verwendet. Bei XNUMX °C kann dies ein Viertel dessen verbrauchen, was die Pflanze produziert – und das Problem wird noch extremer wenn die Temperaturen weiter steigen.

Jedoch einige Pflanzen entwickelten einen Weg, um das Problem zu vermeiden durch das Pumpen von CO? zu den Zellen, in denen sich das RuBisCO befindet, um die Photosynthese anzukurbeln. Diese werden als C4-Pflanzen bezeichnet, im Gegensatz zu normalen C3-Pflanzen, die dies nicht können. C4-Pflanzen können viel produktiver sein, insbesondere unter heißen und trockenen Bedingungen. Von hier aus dominierten sie die tropischen Graslandschaften der Erde 5m zu 10m Jahren, wahrscheinlich weil die Welt zu dieser Zeit und ihrer Zeit trockener wurde Wasserverbrauch ist effizienter.

Mais (Mais) und Zuckerrohr sind C4-Pflanzen, aber die meisten Nutzpflanzen sind nicht, obwohl ein Projekt, das ursprünglich von der Bill und Melinda Gates Foundation finanziert wurde, versucht hat, die Erträge in Reis zu verbessern Hinzufügen von C4-Maschinen dazu.

Die meisten Modelle, wie Pflanzenwachstum und Ernteerträge wird vom CO betroffen sein? Die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzten Mengen gehen davon aus, dass normale C3-Anlagen möglicherweise eine bessere Leistung erbringen. Mittlerweile bekommt das RuBisCO in C4-Pflanzen schon genug CO? Daher sollten Erhöhungen kaum Auswirkungen auf sie haben. Dies wurde unterstützt von frühere Kurzzeitstudien.

Das neue Science - Paper berichtet Daten aus einem Projekt, in dem C3 - und C4 - Anlagen für die Vergangenheit 20 Jahre. Ihre Erkenntnisse sind überraschend. Wie erwartet wuchsen C3-Gräser in den ersten zehn Jahren unter zusätzlichem CO? schnitten besser ab – ihre C4-Äquivalente jedoch nicht. Im zweiten Jahrzehnt des Experiments kehrte sich die Situation jedoch um, und die C3-Pflanzen produzierten bei höherem CO4-Gehalt weniger Biomasse. und die CXNUMX-Pflanzen produzieren mehr.

Es scheint, dass dieses verwirrende Ergebnis sein könnte, weil mit der Zeit, weniger Stickstoff war verfügbar Düngung des Pflanzenwachstums in den C3-Plots und mehr in den C4-Plots. Die Wirkung war also nicht nur auf die Pflanzen selbst zurückzuführen, sondern auch auf ihre Wechselwirkungen mit der Chemie des Bodens und seiner Mikroben.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass sich die CO4-Konzentration verändert. Auswirkungen auf etablierte Ökosysteme dürften komplex und schwer vorhersehbar sein. Sie könnten darauf hinweisen, dass CO? in der Atmosphäre zunimmt, könnte CXNUMX tropisches Grasland vielleicht mehr Kohlenstoff aufnehmen als erwartet, und Wälder, die überwiegend C3 sind, könnte weniger absorbieren. Aber das genaue Bild hängt wahrscheinlich von den örtlichen Gegebenheiten ab.

Auswirkungen auf das Essen

Was dies für die Nahrungsmittelproduktion bedeutet, kann einfacher und weniger tröstlich sein als auf den ersten Blick. Diese Ergebnisse stammen von Gräsern, die Jahr für Jahr überleben und weiter wachsen. Aktuelle Getreidearten sind jedoch "einjährige Pflanzen", die nach einer Saison absterben und neu gepflanzt werden müssen.

Dadurch haben sie nicht die Möglichkeit, die Bodenwechselwirkungen aufzubauen, die das Wachstum der C4-Pflanzen im Experiment angekurbelt zu haben scheinen. Können wir nicht erwarten, dass unsere Ernährungssicherheitsprobleme dadurch gelöst werden, dass die C4-Ernteerträge als Reaktion auf CO steigen? wie sie es im Experiment taten. Ebenso sollte der eventuelle Rückgang der Biomasse, der in den C3-Parzellen zu beobachten ist, bei einjährigen C3-Kulturen nicht auftreten.

Aber wie wir wissen, verschwenden C3-Pflanzen bei höheren Temperaturen viel mehr Ressourcen. Gibt es also eine Steigerung der Photosynthese durch steigendes CO? Niveaus scheint wahrscheinlich zu sein zumindest aufgehoben von dem Auswirkungen der globalen Erwärmung Es wird verursachen. Und das ohne Berücksichtigung von Änderungen an Niederschlagsmustern wie häufigere Dürren. Lösungen, die zu schön scheinen, um wahr zu sein, sind es im Allgemeinen – und im Moment scheint dies immer noch auf die Idee zuzutreffen, dass CO? Erhöhte Ernteerträge werden die Welt ernähren.

Über den Autor

Stuart Thompson, Dozent für Pflanzenbiochemie, University of Westminster

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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