Erhöhen steigende Kohlendioxidwerte wirklich das Pflanzenwachstum?

Erhöhen steigende Kohlendioxidwerte wirklich das Pflanzenwachstum?
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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 höhere Kohlendioxidwerte (CO₂) erhöhen die Photosynthese der Pflanzen und erhöhen so die Nahrungsmittelproduktion.

Neue Forschung veröffentlicht in Wissenschaft schlägt vor, dass die Vorhersage der Auswirkungen von steigenden CO & sub2; -Konzentrationen auf das Pflanzenwachstum tatsächlich komplizierter sein könnte, als irgend jemand erwartet hätte.

Um zu verstehen, was die Forscher herausgefunden haben, bedarf es einiger Hintergrundinformationen über die Photosynthese. Dies ist der Prozess, der Lichtenergie verwendet, um die Umwandlung von CO & sub2; in die Zucker zu steuern, die das Pflanzenwachstum befeuern und schließlich die Nahrung bereitstellen, von der wir abhängen. Leider ist die Photosynthese fehlerhaft.

Moleküle von CO₂ und Sauerstoff sind ähnliche Formen und der Schlüsselmechanismus, der manchmal CO₂, ein Enzym mit dem einprägsamen Namen RuBisCO, erntet Fehler ein Sauerstoffmolekül für eines von CO₂. Das war kein Problem als RuBisCO sich zuerst entwickelte. Aber über 30m Jahren sank der CO₂-Gehalt in der Atmosphäre auf weniger als ein Drittel von dem, was sie gewesen waren. Mit weniger CO & sub2; begannen die Pflanzen fälschlicherweise zu versuchen, Sauerstoffmoleküle häufiger zu ernten. Heutzutage ist dies oft eine erhebliche Belastung für die Energie und Ressourcen einer Pflanze.

Wenn es heißer wird, wird RuBisCO noch anfälliger für Fehler. Wasser verdunstet auch schneller und zwingt die Pflanzen, Maßnahmen zu ergreifen, um ein Austrocknen zu vermeiden. Leider stoppt das Stoppen von Wasser aus ihren Blättern auch das Eintreten von CO & sub2; und da RuBisCO an CO & sub2; verhungert ist, verschwendet es mehr und mehr der Ressourcen der Pflanze, indem es stattdessen Sauerstoff verwendet. Bei 25 ° C kann dies ein Viertel dessen verbrauchen, was die Pflanze produziert - und das Problem wird extremer wenn die Temperaturen weiter steigen.

Jedoch einige Pflanzen entwickelten einen Weg, um das Problem zu vermeiden indem CO & sub2; zu den Zellen gepumpt wird, wo sich das RuBisCO befindet, um die Photosynthese zu beschleunigen. Diese werden als C4-Pflanzen bezeichnet, im Gegensatz zu normalen C3-Pflanzen, die dies nicht können. C4-Pflanzen können viel produktiver sein, besonders unter heißen und trockenen Bedingungen. Sie kamen, um das tropische Grasland der Erde zu dominieren 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 durch das CO₂ beeinflusst Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wurde angenommen, dass normale C3-Pflanzen eine bessere Leistung erbringen. In der Zwischenzeit erhält RuBisCO in C4-Anlagen bereits genug CO₂, und daher sollten Steigerungen wenig 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 Ergebnisse sind überraschend. Wie erwartet war es in den ersten zehn Jahren besser, wenn C3-Gräser, die unter extra CO₂ gewachsen waren, besser waren - aber ihre C4-Äquivalente nicht. Im zweiten Jahrzehnt des Experiments kehrte sich die Situation jedoch um: Die C3-Pflanzen produzierten weniger Biomasse unter höheren CO₂-Spiegeln und die C4-Pflanzen produzierten 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 die Art und Weise, in der sich CO₂-Änderungen auf etablierte Ökosysteme auswirken, wahrscheinlich komplex und schwer vorhersehbar ist. Sie könnten darauf hinweisen, dass, wenn CO₂ in der Atmosphäre zunimmt, vielleicht C4 tropische Grasländer könnten 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.

Daher haben sie nicht die Möglichkeit, die Bodeninteraktionen aufzubauen, die das Wachstum der C4-Pflanzen im Experiment scheinbar gefördert haben. Wir können nicht erwarten, dass unsere Probleme der Nahrungsmittelsicherheit dadurch gelöst werden, dass die Ernteerträge von C4 in Reaktion auf CO₂ wie im Experiment ansteigen. Ebenso sollte der mögliche Rückgang der Biomasse in den C3-Parzellen nicht in C3-Kulturpflanzen auftreten.

Das GesprächAber wie wir wissen, verschwenden C3-Anlagen viel mehr Ressourcen bei höheren Temperaturen, so dass ein Anstieg der Photosynthese von steigenden CO₂-Konzentrationen wahrscheinlich ist 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 gut scheinen, um wahr zu sein, sind im Allgemeinen - und das scheint im Moment immer noch der Fall zu sein für die Idee, dass CO₂-gesteigerte Ernteerträge die Welt ernähren werden.

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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