Planter er blevet et usandsynligt genstand for politisk debat. Mange fremskrivninger antyder, at forbrænding af fossile brændstoffer og de deraf følgende klimaændringer vil gøre det sværere at dyrke nok mad til alle i de kommende årtier. Men nogle grupper er imod at begrænse vores emissioner hævder det højere niveauer af kuldioxid (CO?) vil øge planters fotosyntese og dermed øge fødevareproduktionen.
Ny forskning udgivet i Science tyder på, at forudsige virkningerne af stigende CO? niveauer på plantevækst kan faktisk være mere kompliceret, end nogen havde forventet.
For at forstå, hvad forskerne har fundet ud af, kræver det lidt baggrundsinformation om fotosyntese. Dette er den proces, der bruger lysenergi til at drive omdannelsen af CO? ind i de sukkerarter, der driver plantevækst og i sidste ende giver den mad, vi er afhængige af. Desværre er fotosyntesen mangelfuld.
CO-molekyler? og oxygen er lignende former og nøglemekanismen, der høster CO?, et enzym med det iørefaldende navn RuBisCO, nogle gange forveksler et iltmolekyle med et af CO?. Dette var ikke et problem da RuBisCO først udviklede sig. Men for omkring 30 millioner år siden CO? niveauer i atmosfæren faldt til mindre end en tredjedel af hvad de havde været. Med mindre CO? omkring begyndte planter fejlagtigt at prøve at høste iltmolekyler oftere. I dag er dette ofte et betydeligt dræn på en plantes energi og ressourcer.
Efterhånden som det bliver varmere, bliver RuBisCO endnu mere udsat for fejl. Vand fordamper også hurtigere, hvilket tvinger planterne til at træffe foranstaltninger for at undgå udtørring. Desværre stopper man også CO, hvis man stopper vand fra deres blade? kommer ind, og efterhånden som RuBisCO bliver udsultet af CO?, spilder det flere og flere af anlæggets ressourcer ved at bruge ilt i stedet for. Ved 25°C kan dette forbruge en fjerdedel af det, planten producerer – og problemet bliver mere ekstremt når temperaturerne stiger yderligere.
Dog nogle planter udviklede en måde at undgå problemet ved at pumpe CO? til cellerne, hvor RuBisCO er placeret for at turbolade fotosyntesen. Disse er kendt som C4-planter, i modsætning til normale C3-planter, som ikke kan dette. C4-planter kan være meget mere produktive, især under varme og tørre forhold. De kom til at dominere Jordens tropiske græsarealer fra 5m til 10m år siden, sandsynligvis fordi verden blev tørrere på dette tidspunkt og deres vandforbrug er mere effektiv.
Majs (majs) og sukkerrør er C4 planter, men de fleste afgrøder er det ikke, selvom et projekt oprindeligt finansieret af Bill og Melinda Gates Foundation har forsøgt at forbedre udbyttet af ris ved tilføje C4 maskiner til det.
De fleste modeller af, hvordan plantevækst og afgrøde giver udbytte vil blive påvirket af CO? frigivet ved afbrænding af fossile brændstoffer har antaget, at almindelige C3-anlæg kan præstere bedre. I mellemtiden får RuBisCO i C4-anlæg allerede nok CO? og derfor burde stigninger have ringe effekt på dem. Dette er blevet understøttet af tidligere kortvarige studier.
Den nye videnskabspapir rapporterer data fra et projekt, der har sammenlignet C3 og C4 planter for sidste 20 år. Deres resultater er overraskende. Som forventet, i de første ti år, C3-græsser dyrket under ekstra CO? gjorde det bedre – men det gjorde deres C4-ækvivalenter ikke. Men i eksperimentets andet årti vendte situationen sig, hvor C3-planterne producerede mindre biomasse under højere niveauer af CO? og C4-fabrikkerne producerer mere.
Det ser ud til, at dette forvirrende resultat kan skyldes, at når tiden gik, mindre nitrogen var tilgængelig at befrugte vækst af planter i C3 plottene og mere i C4 plottene. Så effekten skyldtes ikke kun planterne selv, men også deres interaktion med jordens kemi og dens mikrober.
Disse resultater tyder på, at den måde, som ændrer sig i CO? Påvirkning af etablerede økosystemer vil sandsynligvis være komplekse og svære at forudsige. De kan antyde det, som CO? i atmosfæren stiger, kunne C4 tropiske græsarealer måske absorbere mere kulstof end forventet, og skove, der overvejende er C3, kan absorbere mindre. Men det nøjagtige billede afhænger sandsynligvis af lokale forhold.
Indvirkning på mad
Hvad dette betyder for fødevareproduktionen kan være mere ligetil og mindre trøstende end ved første øjekast. Disse resultater er fra græs, der overlever og fortsætter med at vokse år for år. Men de nuværende kornafgrøder er "årlige planter", der dør efter en sæson og skal genplantes.
Som følge heraf har de ikke mulighed for at opbygge de jordinteraktioner, der ser ud til at have sat gang i væksten af C4-planterne i eksperimentet. Vi kan ikke forvente, at vores fødevaresikkerhedsproblemer vil blive løst ved, at C4-afgrødeudbyttet stiger som reaktion på CO? som de gjorde i forsøget. Tilsvarende bør det eventuelle fald i biomasse set i C3-parcellerne ikke ske i C3-enårige afgrøder.
Men som vi ved, spilder C3-planter mange flere ressourcer ved højere temperaturer, så enhver stigning i fotosyntesen fra stigende CO? niveauer ser ud til at være i det mindste aflyst ved virkningerne af den globale opvarmning det vil forårsage. Og det er uden at tage hensyn til ændringer i nedbørsmønstre som f.eks hyppigere tørke. Løsninger, der generelt ser ud til at være for gode til at være sande, er det – og i øjeblikket ser det stadig ud til at være tilfældet for ideen om, at CO? øget afgrødeudbytte vil brødføde verden.
Men som vi ved, spilder C3-planter mange flere ressourcer ved højere temperaturer, så enhver stigning i fotosyntesen fra stigende CO? niveauer ser ud til at være Om forfatteren
Stuart Thompson, universitetslektor i plantebiokemi, University of Westminster
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.
Relaterede bøger
at InnerSelf Market og Amazon
