Er zijn verschillende belangrijke manieren waarop stijgende CO₂-concentraties in de atmosfeer de fotosynthese beïnvloeden, en deze houden verband met de verschillende soorten fotosynthese. Om je vraag goed te kunnen beantwoorden, geef ik wat achtergrondinformatie over fotosynthese zelf.
Fotosynthese evolueerde in een atmosfeer met veel CO₂, vóór de zuurstofverrijking van de atmosfeer (wat feitelijk gebeurde als gevolg van fotosynthese). De meeste plantensoorten werken met C3 fotosynthese . In deze fabrieken diffundeert kooldioxide in de cel waar het wordt gefixeerd door Ribulose-1,5-bisfosfaatcarboxylase-oxygenase (RuBisCO) in een 3-koolstofmolecuul (vandaar C3), dat vervolgens wordt gepolymeriseerd tot suikers maken. Een cruciaal feit over RuBisCO is dat het zowel carboxylase (koolstofbindende) activiteit als oxygenase (zuurstofbindende) activiteit heeft. Dit betekent dat zuurstof en kooldioxide strijden om de actieve plaats op het enzymcomplex, wat ertoe leidt dat RuBisCO vrij inefficiënt en langzaam is bij het fixeren van koolstof in hogere zuurstofconcentraties. Dat deed er niet toe in de CO₂-hoge atmosfeer van de vroege aarde, maar in de huidige atmosfeer zijn de O₂-concentraties hoog genoeg om de productiviteit van C3-planten ernstig te beperken.
Planten groeien echter niet alleen al die tijd langzaam - er zijn verschillende mechanismen ontwikkeld om de fotosynthetische efficiëntie te verhogen. De meest invloedrijke systemen zijn het concentreren van kooldioxide in een bepaald gebied, exclusief zuurstof, en het concentreren van RuBisCO in datzelfde gebied. Hierdoor wordt de zuurstofconcurrentie voor de actieve site vermeden en kan RuBisCO efficiënter werken. De belangrijkste aanpassing hier is C4-fotosynthese - het systeem dat aanwezig is in de meeste grassen en veel van de meest productieve planten op aarde (bijv. Maïs, suikerriet, Miscanthus). Het is onafhankelijk minstens 62 keer geëvolueerd. Het werkt door RuBisCO te concentreren in 'bundle sheath'-cellen die zijn omgeven door een laag suberinewas. Deze laag voorkomt dat CO₂ ontsnapt en O₂ binnendringt. CO₂ uit de atmosfeer wordt vervolgens gefixeerd in verschillende cellen - 'mesofylcellen' - door een ander enzym - fosfoenolpyruvaatcarboxylase (PEPC) , wat resulteert in een vierkoolstofcel molecuul (vandaar C4). Dit 4-koolstofzuur (malaat of oxaalacetaat afhankelijk van het systeem) wordt vervolgens in de cellen van de bundelschede gebracht. Daar wordt de CO₂ weer vrijgegeven door een verscheidenheid aan enzymen, afhankelijk van het systeem, waardoor een hoge CO₂-concentratie in de cel ontstaat waar RuBisCO dan efficiënt kan werken.
Over het algemeen zijn C4-planten veel (ongeveer 50%) efficiënter dan hun C3-tegenhangers, en ze zijn bijzonder goed aangepast aan hoge temperaturen en vochtige omgevingen. Dus om je eerste vraag te beantwoorden: naarmate de atmosferische CO2-niveaus blijven stijgen, zullen C3-planten geleidelijk efficiënter kunnen fotosynthetiseren. Interessant is echter dat wordt voorspeld dat C4-planten ook profiteren van verhoogde atmosferische CO₂. Als de mondiale temperatuur stijgt zoals voorspeld, zullen zowel C3- als C4-fabrieken efficiënter kunnen werken dan ze momenteel doen, tot een maximumtemperatuur waarboven enzymen sneller beginnen te denatureren en de efficiëntie zal afnemen. Een overweging is dat het verschil in efficiëntie tussen C3- en C4-systemen zal afnemen, wat de samenstelling van plantengemeenschappen over de hele wereld aanzienlijk kan veranderen.
Dit is een enorme versimpeling, maar het is juist voor de voorspelde algemene Effecten. Lokale effecten (dwz productiviteitsveranderingen in een bepaalde regio of voor een bepaald gewas) zullen afhangen van habitat, fysiologie, enz.
Enkele belangrijke artikelen om u in de literatuur te introduceren:
- Leakey, ADB, Bernacchi, CJ, Dohleman, FG, Ort, DR & Long, S.P. (2004) Zal de fotosynthese van maïs (Zea mays) in de Amerikaanse Corn Belt toenemen in toekomstige [CO2] -rijke atmosferen? Een analyse van het dagelijkse verloop van CO2-opname onder verrijking van de concentratie in de vrije lucht (FACE). Global Change Biology. [Online] 10 (6), 951-962. Beschikbaar vanaf: doi: 10.1111 / j.1529-8817.2003.00767.x [Betreden: 31 januari 2012].
- Morgan, JA, LeCain, DR, Pendall, E., Blumenthal, DM, Kimball, BA, Carrillo, Y., Williams, DG, Heisler-White, J., Dijkstra, FA & West, M. (2011) C4-grassen gedijen doordat kooldioxide uitdroging in verwarmde semi-aride graslanden elimineert. Natuur. [Online] 476 (7359), 202–205. Beschikbaar vanaf: doi: 10.1038 / nature10274 [Geraadpleegd: 31 januari 2012].