Stiger økende CO2-nivåer virkelig vekst i anlegget?
Shutterstock 

Planter har blitt et usannsynlig emne for politisk debatt. Mange fremskrivninger antyder at brennende fossile brensler og de resulterende klimaendringene vil gjøre det vanskeligere å dyrke nok mat til alle i de kommende tiårene. Men noen grupper motvirker å begrense utslippene våre påstå at høyere nivåer av karbondioksid (CO?) vil øke plantenes fotosyntese og dermed øke matproduksjonen.

Ny forskning publisert i Science tyder på at å forutsi effekten av økende CO? nivåer på plantevekst kan faktisk være mer komplisert enn noen hadde forventet.

For å forstå hva forskerne har funnet ut, kreves det litt bakgrunnsinformasjon om fotosyntese. Dette er prosessen som bruker lysenergi til å drive konverteringen av CO? inn i sukkerene som driver plantevekst og til slutt gir maten vi er avhengige av. Dessverre er fotosyntesen feil.

Molekyler av CO? og oksygen er like former og nøkkelmekanismen som høster CO?, et enzym med det fengende navnet RuBisCO, noen ganger tar et oksygenmolekyl feil for et av CO?. Dette var ikke et problem da RuBisCO først utviklet seg. Men for omtrent 30 millioner år siden CO? nivåene i atmosfæren falt til mindre enn en tredjedel av hva de hadde vært. Med mindre CO? rundt begynte planter feilaktig å prøve å høste oksygenmolekyler oftere. I dag er dette ofte et betydelig tap på en plantes energi og ressurser.

Etter hvert som det blir varmere, blir RuBisCO enda mer utsatt for feil. Vann fordamper også raskere, noe som tvinger plantene til å iverksette tiltak for å unngå uttørking. Dessverre, stopper det å stoppe vann ut av bladene deres også CO? komme inn og, ettersom RuBisCO blir sulten på CO?, sløser den mer og mer av anleggets ressurser ved å bruke oksygen i stedet. Ved 25°C kan dette forbruke en fjerdedel av det planten produserer – og problemet blir mer ekstremt som temperaturer stiger ytterligere.

Men noen planter utviklet en måte å unngå problemet på ved å pumpe CO? til cellene der RuBisCO er plassert for å turbolade fotosyntesen. Disse er kjent som C4-planter, i motsetning til vanlige C3-planter som ikke kan gjøre dette. C4-planter kan være mye mer produktive, spesielt under varme og tørre forhold. De kom til å dominere jordens tropiske gressletter fra 5m til 10m år siden, sannsynligvis fordi verden ble tørrere på denne tiden og deres vannbruk er mer effektiv.


innerself abonnere grafikk


Mais (mais) og sukkerrør er C4 planter, men de fleste avlinger er ikke, selv om et prosjekt som i utgangspunktet ble finansiert av Bill og Melinda Gates Foundation, har forsøkt å forbedre utbyttet i ris av legge til C4 maskineri til den.

De fleste modeller av hvordan plantevekst og avlinger gir vil bli påvirket av CO? frigjort ved forbrenning av fossilt brensel har antatt at vanlige C3-anlegg kan yte bedre. I mellomtiden får RuBisCO i C4-anlegg allerede nok CO? og derfor bør økninger ha liten effekt på dem. Dette har blitt støttet av tidligere kortsiktige studier.

Det nye Vitenskapspapiret rapporterer data fra et prosjekt som har sammenlignet C3 og C4 planter for Siste 20 år. Funnene deres er overraskende. Som forventet, de første ti årene, ble C3-gress dyrket under ekstra CO? gjorde det bedre – men deres C4-ekvivalenter gjorde det ikke. Men i det andre tiåret av eksperimentet snudde situasjonen, med C3-anleggene som produserte mindre biomasse under høyere nivåer av CO? og C4-anleggene produserer mer.

Det ser ut til at dette forvirrende resultatet kan være fordi når tiden gikk forbi, mindre nitrogen var tilgjengelig å befrukte vekst av planter i C3-plottene og mer i C4-plottene. Så effekten var ikke bare på grunn av plantene selv, men også til deres samspill med jordens kjemikk og dets mikrober.

Disse resultatene antyder at måten som endres i CO? Påvirkning av etablerte økosystemer vil sannsynligvis være komplekse og vanskelige å forutsi. De kan antyde det, som CO? i atmosfæren øker, kan C4 tropiske gressletter kanskje absorbere mer karbon enn forventet, og skoger, som hovedsakelig er C3, kan absorbere mindre. Men det eksakte bildet er sannsynligvis avhengig av lokale forhold.

Påvirkning på mat

Hva dette betyr for matproduksjon kan være mer grei og mindre trøstende enn ved første øyekast. Disse resultatene er fra gress som overlever og fortsetter å vokse år etter år. Men dagens kornavlinger er "årlige planter" som dør etter en sesong og må etterplanteres.

Som et resultat har de ikke mulighet til å bygge opp jordinteraksjonene som ser ut til å ha økt veksten til C4-plantene i eksperimentet. Vi kan ikke forvente at matsikkerhetsproblemene våre vil bli løst ved at C4-avlingene øker som svar på CO? som de gjorde i eksperimentet. På samme måte bør det eventuelle fallet i biomasse sett i C3-parsellene ikke skje i C3-årige avlinger.

Den ConversationMen, som vi vet, kaster C3-planter bort mye mer ressurser ved høyere temperaturer, så noen økning i fotosyntese fra stigende CO? nivåene ser ut til å være i hvert fall kansellert ved effekter av den globale oppvarmingen det vil forårsake. Og det er uten faktoring i endringer i nedbørsmønstre som hyppigere tørke. Løsninger som ser ut til å være for gode til å være sanne er generelt – og for øyeblikket ser det fortsatt ut til å være tilfelle for ideen om at CO? økte avlinger vil mate verden.

Om forfatteren

Stuart Thompson, universitetslektor i plantebiokemi, University of Westminster

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon