Çiçeklenme harikası: kaktüsler çölde yetişebilen birkaç bitki türü arasındadır. Alan Levine / Flickr, CC BY-SA

Fotosentez sürecinde bitkilerin kullandığı güneş ışığı, dünyadaki neredeyse tüm yaşamı güçlendirir. Özel adaptasyonlar, bazı bitkilerin gün boyunca fotosentezde kullanılmak üzere gece boyunca pil dioksit biriktirmelerini sağlar ve bu da kuru çöl koşullarında sulu bir avantaj sağlar.

Büyüme, onarım, hareket ve üreme gibi yaşamı oluşturan süreçlerin hepsi bir enerji kaynağı gerektirir. Bu enerjinin birçok canlı için en önemli kaynağı kimyasal enerjidir.

Şekerler ve yağlar gibi yüksek enerjili karbon bazlı moleküller, yaşam süreçlerini güçlendirmek için parçalanır. Bu yüksek enerjili moleküller doğal olarak çevrede oluşmaz. İş gibi utangaç ve insanlar gibi dürüst olmayan organizmalar, diğer organizmalardan yüksek enerjili molekülleri onları yiyerek çalmaya güvenirler. Bununla birlikte, sonuçta, parçalananların yerini almak için daha fazla yüksek enerji molekülü gerekir.

Şekerler ve yağlar ne yazık ki uzaydan yağmazken, enerji bakımından zengin fotonlar (bir sonraki en iyi şey) güneş ışığı şeklinde olur. Bitkiler ve algler gibi bizden daha fazla sorumlu organizma fotosentez yapar. Bu işlem, atık atık ürünü olan karbondioksitten (CO) yüksek enerji moleküllerini elde etmek için güneş ışığından enerji kullanır.₂Tüm canlılar tarafından sürekli atmosfere salınan).

En yaygın fotosentez formunda, CO₂ bitki yüzeyindeki küçük gözenekler sayesinde gün boyunca yapraklara alınır. Daha sonra, bitki tarafından veya onu yiyen hayvan tarafından kimyasal bir enerji kaynağı olarak kullanılmak üzere güneş ışığından enerji kullanan bir şeker molekülüne doğrudan bağlanır veya "sabitlenir".

Küçük gözenekler karbondioksitin yaprağa girmesine izin verir - fakat aynı zamanda oksijenin içeri ve dışarı salıverilmesine de izin verir. Photohound

Ancak CO edinme₂ atmosferden bazı durumlarda sorunlu olabilir. Bitki yüzeyindeki gözeneklerin açılması CO sağlar₂ içeri, fakat ayrıca oksijenin içeri ve dışarı akmasına izin verir. Kuru ortamlarda su kaybı bir sorundur - özellikle CO olduğu günlerde₂ fotosentez için gereklidir.

Ek olarak, sıcak ortamlarda, tesis oksijen ve CO arasında ayrım yapamaz₂ ve aslında şeker molekülüne oksijen bağlanması ile sonuçlanabilir. Bir oksijen molekülü bir şekere sabitlendikten sonra, bitkilerin fotosentezden elde edebileceği net enerjiyi azaltarak, önemli enerji maliyetlerinde tekrar ödüllendirilmelidir.

Verimlilik için karbondioksit bataryalar

Atmosferik CO'yu doğrudan sabitlemeyen birkaç bitki grubu gelişti.₂ şekerler yapmak, ancak CO eklemek₂ CO salınımı için depolanabilen, taşınabilen ve parçalanabilen diğer moleküller üzerine₂ Yine, bir pil gibi. Bu su kaybı ve yanlışlıkla oksijen tespiti problemlerini önler.

Bu yeteneği kullanmak için iki alternatif strateji gelişti: CO konsantrasyonunu değiştiren C4 fotosentezi₂ uzayda ve zaman içindeki konsantrasyonu manipüle eden CAM fotosentezi.

C4 fotosentezi, çoğu mısır ve sorgum dahil olmak üzere çimler olan 7,600 türleri tarafından gerçekleştirilir. Var bağımsız olarak en az 60 kez geliştiAncak, bitki türlerinin% 0.5'inden daha azında bulunur. Sıcak ortamlarda oldukça rekabetçi olmasına rağmen, karbon depolama ile ilişkili enerji maliyetleri, geleneksel fotosentez yapan bitkilerin düşük sıcaklıklarda üstünlük sağladığı anlamına gelir.

C4 fotosentezi, atmosferik CO'yu sabitlemek için özel bir enzim kullanır₂ bir asit üzerine. Bu enzim CO arasında ayrım yaparken çok daha iyidir₂ ve geleneksel fotosentezde kullanılan klasik enzimden daha fazla oksijen. Asit, oksijen konsantrasyonlarının çok daha düşük olduğu bitkinin içinde taşınır ve₂ yeniden serbest bırakıldı. Bu düşük oksijenli ortamda, bitki daha az oksijen sabitleme hatası yaparak, fotosentezin verimliliğini arttırır. Fotosentez yapmanın bu dolambaçlı yolunun enerjisel bir maliyeti var, ancak bu sıcak ortamlarda pahalı oksijen fiksasyonundaki düşüş ile dengeleniyor.

Kaktüsler ve ananas bitkileri sulu kalmak için CAM fotosentezini kullanır. hiyori13 / Flickr, CC BY-SA

Diğer alternatif fotosentez türü, C4 fotosentezini en az 150 milyon yıl öncesinden yücelten CAM veya Crassulacean Asit Metabolizmasıdır. Buydu ilk olarak Crassula ailesinde keşfedildi bitkilerin var ama birçok soyda bağımsız olarak gelişti 9,000 türleri üzerinde toplam bitkilerin.

C4 tesislerinde olduğu gibi, CAM CO da depolar₂ Bir asitte, ancak bu reaksiyonu gece yapar ve asit moleküllerini bitkinin farklı bir kısmına taşımak yerine, onları basitçe vakumda depolar - her bir bitki hücresinin kalbinde depolama alanı. Gün boyunca, fotosentez için gereken ışığın mevcut olduğu durumlarda, bitkinin gözeneklerini açması gerekmez: hücrelerinde önceden depolanmış paketlenmiş bir öğle yemeği vardır. Bu, bitkinin gün içinde gözenekleri açmadan fotosentez yapmasına izin vererek kaybedilen su miktarını büyük ölçüde azaltır.

Bu, kaktüsler ve ananaslar gibi CAM bitkilerinin, içinde bulundukları sıcak ortamlara rağmen etli ve sulu kalabilmelerini sağlar. CO’yu saklama ve yeniden bırakma₂ Bitkilerin sadece sıcak veya kuru ortamlarda geleneksel olarak fotosentez yapan kuzenleri ile rekabet edebildiği anlamına gelir.

Bu nedenle, belki de en son yer CAM tesislerini bulmak için beklediğiniz yer su altında, tüm hesaplara göre oldukça nemli bir ortam. Bir sürpriz oldu, bu yüzden CAM oldu ilk olarak Isoetes gölü fabrikasında rapor edildi ardından yapılan keşifler diğer dört su bitkileri türü.

Isoetes cinsinin minik su bitkileri, su altı dünyasında karbondioksiti konsantre etmek için CAM gerçekleştirir. ABD Balık ve Yaban Hayatı Hizmeti

Çok farklı ortamlarına rağmen, göllerdeki ve çöllerdeki bitkiler nihayetinde aynı sorunu paylaşıyor - CO edinme zorluğu₂. CO iken₂ Suda çözülebilir, havadan çok daha yavaş yayılır, bu nedenle bir bitkinin etrafındaki su CO tükenebilir.₂. Su bitkileri, CAM almaya devam ettikleri için CO fotosentezini geliştirdiler.₂ Geceleri, gün içinde kazanabileceklerini desteklemek için kullanın.

Amaçlayan araştırmaya ek olarak C4 fotosentezini pirince ekler, iklim değişikliğinin neden olduğu kuraklıklardan daha iyi kurtulabilmeleri için CAM bitkilerini CAM fotosentezi yapacak şekilde modifiye etmede önemli bir ilgi vardı.

Yazar hakkında

Daniel Wood, Bitki Biyolojisi alanında doktora öğrencisi, University of Sheffield

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.

ing