Το βασίλειο των φυτών έχει αναπτύξει διαφορετικές στρατηγικές για να επιβιώσει. Μερικά είναι ορατά, όπως για παράδειγμα κάκτος αγκάθια, τα οποία δεν είναι τίποτα περισσότερο από τροποποιημένα φύλλα που έχουν αντικαταστήσει τη δυνατότητα φωτοσύνθεσης με αυτή της προστασίας του σώματος αυτών των φυτών. Αλλά υπάρχουν και άλλοι που δεν είναι έτσι, όπως το λεγόμενο C4 φυτά.
Είναι φυτά που γενικά ζουν σε άνυδρες ή ημι-άνυδρες περιοχές, έτσι έχουν εξελιχθεί για να μειώσουν την απώλεια διοξειδίου του άνθρακα (CO2) κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, καθώς αυτό είναι ένα απαραίτητο αέριο κατά τη διαδικασία μετατροπής της ενέργειας του Ήλιου σε τρόφιμα για τα φυτά.
Χαρακτηριστικά φωτοσύνθεσης φυτών C4
Εικόνα - Wikimedia / Ninghui Shi
Για να κατανοήσουμε καλύτερα τα φυτά C4, θα εξηγήσουμε πρώτα τη φωτοσύνθεση που γνωρίζουμε καλύτερα, κυρίως επειδή είναι αυτή που μελετήθηκε στο σχολείο, C3. Είναι συνίσταται στην απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας και του διοξειδίου του άνθρακα μέσω των χλωροπλαστών των κυττάρων βρίσκονται στα πράσινα ή φωτοσυνθετικά μέρη των φυτών, και νερό από τις ρίζες, για να το μετατρέψει σε τρόφιμα μέσω μιας σειράς χημικών αντιδράσεων.
Αρχικά, αυτή η ελαφριά ενέργεια αλλάζει σε χημική ενέργεια, είναι τα μόρια NADPH (φωσφορική δινουκλεοτιδική νικοτίνη αδενίνη) και ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη, η πρώτη που την αποθηκεύει. Αλλά αργότερα, αυτά τα μόρια Συνθέτουν υδατάνθρακες καθώς μειώνεται το διοξείδιο του άνθρακα.
Το τελευταίο στάδιο αυτής της διαδικασίας είναι όταν τα φυτά χρησιμοποιούν την ενέργεια που έχουν αποκτήσει κατά τη διάρκεια της ημέρας για να στερεώσουν τον άνθρακα του διοξειδίου του άνθρακα με τη μορφή γλυκόζης. Αυτό είναι μέρος του κύκλου Calvin.
Αλλά Η φωτοσύνθεση στα φυτά C4 είναι διαφορετική. Έχουν δύο τύπους χλωροπλαστών. Μερικά βρίσκονται δίπλα στα αγώγιμα αγγεία (θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι ισοδύναμα με τις φλέβες των ζώων) και άλλα που βρίσκονται στα κύτταρα του περιφερικού παρεγχύματος χλωροφύλλης, τα οποία είναι πιο κοντά στα περιθώρια των φύλλων. Τα τελευταία ονομάζονται επίσης μεσοφιλικά κύτταρα, και είναι εκείνα που έχουν χλωροπλάστες που θα διορθώσουν το διοξείδιο του άνθρακα με τη βοήθεια του μορίου PEPA (φωσφονολυπυρικού οξέος) και του ενζύμου καρβοξυλάσης φωσφονολυπυρουβικού εστέρα.
Από αυτά τα μόρια, παράγεται οξαλοξικό οξύ, το οποίο αποτελείται από 4 άνθρακες (γι 'αυτό είναι γνωστοί ως φυτά C4). Αυτό στη συνέχεια μετατρέπεται σε μηλικό οξύ, και αυτό είναι όταν περνά στους χλωροπλάστες που περιέχουν τα εσωτερικά κύτταρα των αγώγιμων αγγείων μέσω των πλασμωμάτων (αυτές είναι δομές που το τοίχωμα περιβάλλει τον πυρήνα του κυττάρου, το κυτόπλασμα). Σε αυτά, το CO2 θα απελευθερωθεί και ο κύκλος του Calvin μπορεί να συνεχιστεί.
Κλίμα και φυτά C4
Τα φυτά που ζουν σε ζεστές και ξηρές περιοχές έχουν πολύ μεγαλύτερη δυσκολία από τα υπόλοιπα για να αποφύγουν την απώλεια νερού. Αλλά για να ζήσεις πρέπει να αναπνέεις και με αυτόν τον τρόπο είναι αναπόφευκτο να χάνεις νερό. Επομένως, όταν οι θερμοκρασίες είναι υψηλές, τα στομάτα (πόροι) των φύλλων κλείνουν και με αυτόν τον τρόπο το οξυγόνο που παράγεται κατά τη φωτοσύνθεση αυξάνει τη συγκέντρωσή του.
Σε κανονικές καταστάσεις, όταν η ποσότητα οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα είναι ισορροπημένη, το ένζυμο που είναι υπεύθυνο για τη στερέωση του άνθρακα (RuBisCO) μπορεί να εκπληρώσει τη λειτουργία του χωρίς πρόβλημα. Αλλά όταν η συγκέντρωση του CO2 είναι χαμηλότερη από εκείνη του οξυγόνου, αυτό το ένζυμο καταλύει το τελευταίο αέριο και όχι το CO2, αυτό συμβαίνει σε φυτά C4.
Αυτά είναι πολύ ξεχωριστά, διότι εκτός από το ότι έχουν δύο τύπους χλωροπλαστών (βλ. Άνω τμήμα), το ένζυμο φωσφοενυλοπυρουβική καρβοξυλάση, το οποίο είναι ένα από αυτά που εμπλέκονται στη στερέωση του άνθρακα, υποστηρίζει υψηλές συγκεντρώσεις οξυγόνου.
Ποια είναι τα πλεονεκτήματα των φυτών C4;
Υπάρχουν πολλά σημαντικά πλεονεκτήματα που έχουν αυτά τα φυτά:
- Συνήθως, μεγαλώνουν γρηγορότερα από τα φυτά C3.
- Κάνουν καλύτερη χρήση του άνθρακα, είτε για την παραγωγή περισσότερων ριζών ή / και περισσότερων φύλλων.
- Χάστε λιγότερο νερό κατά τη φωτοσύνθεση (σύμφωνα με το αυτό το άρθρο, εκτιμάται ότι χάνουν 277 μόρια νερού για κάθε μόριο CO2, ενώ τα φυτά C3 χάνουν 833 μόρια νερού για καθένα από τα CO2 που διορθώνουν).
- Ενισχύστε την παραγωγή γλυκόζης, που είναι το τελικό αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης.
- Μπορούν να ζήσουν σε ξηρά όπου υπάρχει λίγο νερό.
Για όλους αυτούς τους λόγους, γίνονται όλο και πιο ενδιαφέροντα, ειδικά για την ανάπτυξη σε ξηρά κλίματα.
Τι είναι τα φυτά C4;
Υπάρχουν πολλά φυτά που πραγματοποιούν φωτοσύνθεση C4. Για παράδειγμα, καλαμπόκι, γρασίδι, αμάραντος, ζαχαροκάλαμο, σόργο ή σίκαλη. Είναι εκείνοι που έχουν λιγότερο πυκνούς ιστούς από εκείνους που προέρχονται από εύκρατα κλίματα, όπως σφενδάμια ή καμέλιες.
Επομένως, η γνώση τους μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη για να μάθουμε τι να μεγαλώσουμε σε περιοχές όπου υπάρχει μικρή διαθεσιμότητα νερού.