พืชกลายเป็นหัวข้อถกเถียงทางการเมืองที่ไม่น่าเป็นไปได้ ประมาณการหลาย ชี้ให้เห็นว่าการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นจะทำให้การเติบโตของอาหารเพียงพอสำหรับทุกคนในทศวรรษหน้า แต่บางกลุ่มคัดค้านการ จำกัด การปล่อยก๊าซของเรา อ้างว่า ระดับคาร์บอนไดออกไซด์ (CO?) ที่สูงขึ้นจะช่วยเพิ่มการสังเคราะห์แสงของพืชและเพิ่มการผลิตอาหาร
งานวิจัยใหม่ ตีพิมพ์ในวิทยาศาสตร์ แสดงให้เห็นว่าการทำนายผลกระทบของการเพิ่ม CO? ระดับการเจริญเติบโตของพืชอาจมีความซับซ้อนเกินกว่าที่ใครจะคาดคิดได้
เพื่อทำความเข้าใจสิ่งที่นักวิจัยค้นพบ จำเป็นต้องมีข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสงเล็กน้อย นี่เป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานแสงเพื่อขับเคลื่อนการแปลง CO? เข้าไปในน้ำตาลที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของพืชและให้อาหารที่เราพึ่งพาในที่สุด น่าเสียดายที่การสังเคราะห์ด้วยแสงมีข้อบกพร่อง
โมเลกุลของ CO? และออกซิเจนมีรูปร่างคล้ายกันและเป็นกลไกสำคัญในการเก็บเกี่ยว CO? ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่มีชื่อติดหูว่า RuBisCO บางครั้ง เข้าใจผิดว่าโมเลกุลออกซิเจนเป็น CO ตัวใดตัวหนึ่งใช่ไหม. นี่ไม่ใช่ปัญหา เมื่อ RuBisCO วิวัฒนาการครั้งแรก. แต่เมื่อประมาณ 30 ล้านปีก่อน CO? ระดับบรรยากาศลดลงเหลือน้อยกว่า หนึ่งในสามของสิ่งที่พวกเขาเคยเป็น. ด้วย CO น้อยกว่า? รอบๆ พืชเริ่มผิดพลาดโดยพยายามเก็บเกี่ยวโมเลกุลออกซิเจนบ่อยขึ้น ปัจจุบันนี้มักจะทำให้พลังงานและทรัพยากรของพืชหมดไปอย่างมาก
เมื่ออากาศร้อนขึ้น RuBisCO ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดมากขึ้น น้ำยังระเหยเร็วขึ้นอีกด้วย ทำให้พืชต้องดำเนินมาตรการเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้น้ำแห้ง น่าเสียดายที่การหยุดน้ำที่ไหลออกจากใบก็หยุด CO ด้วยเช่นกัน เข้าไปและเมื่อ RuBisCO ขาดคาร์บอนไดออกไซด์ มันทำให้ทรัพยากรของพืชสิ้นเปลืองมากขึ้นเรื่อยๆ โดยการใช้ออกซิเจนแทน ที่อุณหภูมิ 25°C อาจกินพื้นที่ถึงหนึ่งในสี่ของผลผลิตที่โรงงาน และปัญหาจะรุนแรงยิ่งขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอีก.
อย่างไรก็ตามบางคน พืชที่พัฒนาวิธีการหลีกเลี่ยงปัญหา โดยการสูบ CO? ไปยังเซลล์ที่ RuBisCO ตั้งอยู่เพื่อเร่งการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งเหล่านี้เรียกว่าพืช C4 ซึ่งต่างจากพืช C3 ทั่วไปที่ไม่สามารถทำได้ พืช C4 สามารถให้ผลผลิตได้มากกว่ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาพอากาศที่ร้อนและแห้ง พวกมันเข้ามาครอบงำทุ่งหญ้าเขตร้อนของโลกตั้งแต่ 5m ถึง 10m ปีที่แล้วอาจเป็นเพราะโลกนี้แห้งแล้งในเวลานี้และพวกเขา การใช้น้ำมีประสิทธิภาพมากขึ้น.
ข้าวโพด (ข้าวโพด) และอ้อยเป็นพืชตระกูล C4 แต่พืชส่วนใหญ่ไม่ได้เป็นเช่นนั้นแม้ว่าโครงการในระยะแรกได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิบิลและเมลินดาเกตส์มูลนิธิได้พยายามที่จะปรับปรุงผลผลิตข้าวโดย เพิ่มเครื่องจักร C4 ลงไป.
แบบจำลองส่วนใหญ่ของวิธีการเจริญเติบโตของพืชและผลผลิตพืช จะได้รับผลกระทบจาก CO หรือไม่? ที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลสันนิษฐานว่าโรงงาน C3 ทั่วไปอาจทำงานได้ดีกว่า ในขณะเดียวกัน RuBisCO ในโรงงาน C4 ได้รับ COXNUMX เพียงพอแล้วใช่หรือไม่ ดังนั้นการเพิ่มขึ้นจึงควรมีผลเพียงเล็กน้อยต่อสิ่งเหล่านั้น โดยได้รับการสนับสนุนจาก การศึกษาระยะสั้นก่อนหน้า.
กระดาษรายงาน Science ฉบับใหม่รายงานข้อมูลจากโครงการที่มีการเปรียบเทียบพืช C3 และ C4 สำหรับ ที่ผ่านมา 20 ปี. การค้นพบของพวกเขาน่าประหลาดใจ ตามที่คาดไว้ ในช่วงสิบปีแรก หญ้า C3 เติบโตภายใต้ CO พิเศษ ทำได้ดีกว่า - แต่เทียบเท่ากับ C4 ไม่ได้ อย่างไรก็ตาม ในช่วงทศวรรษที่สองของการทดลอง สถานการณ์กลับตรงกันข้าม โดยโรงงาน C3 ผลิตชีวมวลน้อยลงภายใต้ระดับ CO ที่สูงขึ้น และโรงงาน C4 ก็มีการผลิตมากขึ้น
ดูเหมือนว่าผลลัพธ์ที่น่างงนี้อาจเป็นเพราะเมื่อเวลาผ่านไป มีไนโตรเจนน้อยกว่า เพื่อเพิ่มการเจริญเติบโตของพืชในแปลง C3 และอื่น ๆ ในแปลง C4 ดังนั้นผลที่ได้นั้นไม่เพียงเกิดจากพืชเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงปฏิกิริยาทางเคมีของดินและจุลินทรีย์ด้วย
ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของ CO4 เป็นอย่างไร? ส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศที่จัดตั้งขึ้นมีแนวโน้มที่จะซับซ้อนและคาดเดาได้ยาก พวกเขาอาจบอกเป็นนัยว่า CO? ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น บางทีทุ่งหญ้าเขตร้อน CXNUMX ก็สามารถเกิดขึ้นได้ ดูดซับคาร์บอนมากขึ้น กว่าที่คาดไว้และป่าซึ่งส่วนใหญ่เป็น C3 อาจดูดซับน้อย. แต่ภาพที่แน่นอนน่าจะขึ้นอยู่กับสภาพท้องถิ่น
ส่งผลกระทบต่ออาหาร
สิ่งนี้หมายความว่าสำหรับการผลิตอาหารอาจจะตรงไปตรงมาและสะดวกสบายน้อยกว่าได้อย่างรวดเร็วก่อน ผลลัพธ์เหล่านี้มาจากหญ้าที่อยู่รอดและเติบโตต่อปีทุกปี แต่พืชธัญพืชในปัจจุบันเป็น "พืชประจำปี" ที่ตายหลังจากผ่านไปหนึ่งฤดูกาลและจะต้องปลูกใหม่
เป็นผลให้พวกเขาไม่มีโอกาสที่จะสร้างปฏิสัมพันธ์ของดินที่ดูเหมือนจะช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตของพืช C4 ในการทดลอง เราไม่สามารถคาดหวังได้ว่าปัญหาความมั่นคงด้านอาหารของเราจะได้รับการแก้ไขโดยผลผลิตพืช C4 ที่เพิ่มขึ้นเพื่อตอบสนองต่อ CO? เหมือนที่พวกเขาทำในการทดลอง ในทำนองเดียวกัน การลดลงในที่สุดของมวลชีวภาพที่พบในแปลง C3 ไม่ควรเกิดขึ้นในพืชประจำปี C3
แต่อย่างที่เราทราบกันดีว่าพืช C3 สิ้นเปลืองทรัพยากรมากขึ้นอย่างมากที่อุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นจาก CO ที่เพิ่มขึ้นหรือไม่ ระดับที่ดูเหมือนจะเป็น ยกเลิกอย่างน้อยที่สุด โดย ผลกระทบของภาวะโลกร้อน มันจะทำให้ และนั่นก็ไม่ได้มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบปริมาณน้ำฝนเช่น ภัยแล้งบ่อยขึ้น. วิธีแก้ปัญหาที่ดูเหมือนจะดีเกินจริงโดยทั่วไปคือ – และในขณะนี้ ดูเหมือนว่าจะยังคงเป็นกรณีของแนวคิดที่ว่า CO? ผลผลิตพืชผลที่เพิ่มขึ้นจะหล่อเลี้ยงโลก
แต่อย่างที่เราทราบกันดีว่าพืช C3 สิ้นเปลืองทรัพยากรมากขึ้นอย่างมากที่อุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นจาก CO ที่เพิ่มขึ้นหรือไม่ ระดับที่ดูเหมือนจะเป็น เกี่ยวกับผู้แต่ง
Stuart Thompson อาจารย์อาวุโสด้านชีวเคมีพืช มหาวิทยาลัยเวสต์มิ
บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.
หนังสือที่เกี่ยวข้อง
at ตลาดภายในและอเมซอน
