ממלכת הצמחים פיתחה אסטרטגיות שונות כדי לשרוד. חלקם נראים לעין, כמו קוצי קקטוס למשל, שהם לא יותר מאשר עלים שהשתנו שהחליפו את יכולת הפוטוסינתזה עם ההגנה על גופם של צמחים אלה. אבל יש אחרים שאינם כל כך, כגון מה שמכונה צמחי C4.
הם צמחים החיים בדרך כלל באזורים צחיחים או צחיחים למחצה, כך התפתחו כדי להפחית את אובדן הפחמן הדו-חמצני (CO2) במהלך הפוטוסינתזה, מכיוון שמדובר בגז חיוני במהלך תהליך הפיכת אנרגיית השמש למזון לצמחים.
מאפייני פוטוסינתזה של צמחי C4
תמונה - ויקימדיה / Ninghui Shi
כדי להבין טוב יותר את צמחי C4, נסביר תחילה את הפוטוסינתזה שאנו מכירים הכי טוב, בעיקר משום שהיא זו שנלמדת בבית הספר, C3. האם מורכב מספיגת אנרגיה סולארית ופחמן דו חמצני דרך הכלורופלסטים של התאים נמצא בחלקים הירוקים או הפוטוסינתטיים של הצמחים, ומים מהשורשים, כדי להפוך אותם למזון באמצעות סדרת תגובות כימיות.
בהתחלה, אנרגיית אור זו משתנה לאנרגיה כימית, בהיותה המולקולות NADPH (ניקוטין אדנין דינוקלאוטיד פוספט) ו- ATP (אדנוזין טריפוספט, הראשונה לאחסן אותה. אך מאוחר יותר, מולקולות אלה הם מסנתזים פחמימות כאשר פחמן דו חמצני מצטמצם.
השלב האחרון בתהליך זה הוא כאשר הצמחים משתמשים באנרגיה שהשיגו במהלך היום כדי לקבע את הפחמן של הפחמן הדו-חמצני בצורה של גלוקוז. זה חלק ממעגל קלווין.
אבל פוטוסינתזה בצמחי C4 שונה. יש להם שני סוגים של כלורופלסטים. חלקם נמצאים ליד הכלים המוליכים (אפשר לומר שהם מקבילים לוורידים של בעלי חיים), ואחרים שנמצאים בתאים של פרנכימת הכלורופיל ההיקפית, שהם אלה שקרובים יותר לשולי העלים. האחרונים נקראים גם תאים מזופיליים, והם כאלה שיש בהם כלורופלסטים אשר יקבעו פחמן דו חמצני בעזרת מולקולת PEPA (חומצה פוספונולפירובית) והאנזים phosphoenolpyruvate carboxylase.
מהמולקולות האלה, תיווצר חומצה אוקסאלואצטית, המורכבת מארבעה פחמנים (ולכן הם מכונים צמחי C4). לאחר מכן זה הופך לחומצה מאלית, וזה כאשר הוא עובר לכלורופלסטים המכילים את התאים הפנימיים של הכלים המוליכים דרך פלסמודסמטה (אלה מבנים שיש לדופן המקיפה את גרעין התא, הציטופלסמה). בהם ישוחרר CO2, ומחזור קלווין יכול להמשיך.
אקלים וצמחים C4
צמחים החיים באזורים חמים ויבשים מתקשים בהרבה מהשאר למנוע אובדן מים. אבל כדי לחיות אתה צריך לנשום, ובכך אין מנוס לאבד מים. לכן, כאשר הטמפרטורות גבוהות, הסטומטיות (נקבוביות) של העלים נסגרות, ועל ידי כך החמצן הנוצר במהלך הפוטוסינתזה מגביר את ריכוזו.
במצבים רגילים, כאשר כמות החמצן והפחמן הדו-חמצני מאוזנת, האנזים האחראי על קיבוע הפחמן (RuBisCO) יכול למלא את תפקידו ללא בעיה. אבל כאשר ריכוז ה- CO2 נמוך מזה של החמצן, אנזים זה מזרז את הגז האחרון ולא את ה- CO2, וזה מה שקורה בצמחי C4.
אלה מיוחדים מאוד, מכיוון שבנוסף לשני סוגים של כלורופלסטים (ראה סעיף עליון), האנזים phosphoenolpyruvate carboxylase, שהוא אחד מהמעורבים בקיבוע הפחמן, תומך בריכוזים גבוהים של חמצן.
מהם היתרונות של צמחי C4?
ישנם מספר יתרונות חשובים שיש לצמחים אלה:
- בדרך כלל, לצמוח מהר יותר מאשר צמחי C3.
- הם משתמשים יותר טוב בפחמן, או כדי לייצר יותר שורשים ו / או יותר עלים.
- לאבד פחות מים במהלך פוטוסינתזה (על פי המאמר הזהההערכה היא שהם מאבדים 277 מולקולות מים עבור כל מולקולת CO2, ואילו צמחי C3 מאבדים 833 מולקולות מים עבור כל אחת מה CO2 שהם מקבעים).
- להגביר את ייצור הגלוקוז, שהיא התוצאה הסופית של פוטוסינתזה.
- הם יכולים לחיות על אדמה שיש בה מעט מים.
מכל הסיבות הללו הם הופכים ליותר ויותר מעניינים, במיוחד לגידול באקלים יבש.
מהם צמחי C4?
ישנם צמחים רבים המבצעים פוטוסינתזה של C4. לדוגמה, תירס, דשא, אמרנט, קנה סוכר, דורה, או שיפון. הם אלו שיש להם רקמות פחות צפופות מאלו שמקורם באקלים ממוזג, כמו מייפל או קמליה, למשל.
לכן, הכרת אותם יכולה להיות שימושית מאוד לדעת מה לגדל באזורים שבהם יש מעט מים.