Les niveaux croissants de dioxyde de carbone stimulent-ils vraiment la croissance des plantes?

Les niveaux croissants de dioxyde de carbone stimulent-ils vraiment la croissance des plantes?
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Les plantes sont devenues un sujet improbable de débat politique. Beaucoup de projections suggèrent que la combustion de combustibles fossiles et les changements climatiques qui en résultent rendront plus difficile la production de nourriture pour tous dans les décennies à venir. Mais certains groupes s'opposent à la limitation de nos émissions prétendre que Des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone (CO₂) stimuleront la photosynthèse des plantes et augmenteront ainsi la production alimentaire.

Nouvelle recherche publié dans Science suggère que prédire les effets de l'augmentation des niveaux de CO₂ sur la croissance des plantes peut être plus compliqué que prévu.

Pour comprendre ce que les chercheurs ont découvert, il faut un peu d'information sur la photosynthèse. C'est le processus qui utilise l'énergie lumineuse pour alimenter la conversion du CO₂ en sucres qui alimentent la croissance des plantes et, en fin de compte, fournissent la nourriture dont nous dépendons. Malheureusement, la photosynthèse est défectueuse.

Les molécules de CO₂ et d'oxygène sont des formes similaires et le mécanisme clé qui récolte CO₂, une enzyme avec le nom accrocheur de RuBisCO, parfois erreurs une molécule d'oxygène pour l'un des CO₂. Ce n'était pas un problème quand RuBisCO a d'abord évolué. Mais il y a des années environ 30m niveaux de CO₂ dans l'atmosphère ont chuté à moins de un tiers de ce qu'ils avaient été. Avec moins de CO₂ autour, les plantes ont commencé à essayer de récolter des molécules d'oxygène plus souvent. Aujourd'hui, c'est souvent une perte substantielle de l'énergie et des ressources d'une usine.

Comme il fait plus chaud, RuBisCO devient encore plus enclin aux erreurs. L'eau s'évapore également plus rapidement, obligeant les plantes à prendre des mesures pour éviter le dessèchement. Malheureusement, l'arrêt de l'eau qui sort de leurs feuilles empêche également l'entrée du CO₂ et, à mesure que RuBisCO devient privé de CO₂, il gaspille de plus en plus de ressources de la plante en utilisant de l'oxygène à la place. À 25 ° C, cela peut consommer le quart de ce que la plante produit - et le problème devient plus extrême lorsque les températures augmentent encore.

Cependant, certaines les plantes ont développé un moyen d'éviter le problème en pompant du CO₂ vers les cellules où se trouve le RuBisCO pour turbocharger la photosynthèse. Celles-ci sont connues sous le nom de plantes C4, contrairement aux plantes C3 normales qui ne peuvent pas le faire. Les plantes C4 peuvent être beaucoup plus productives, surtout dans des conditions chaudes et sèches. Ils sont venus dominer les prairies tropicales de la Terre de 5m à 10m il y a des années, probablement parce que le monde est devenu plus sec en ce moment et leur l'utilisation de l'eau est plus efficace.

Le maïs et la canne à sucre sont des plantes C4 mais la plupart des cultures ne le sont pas, bien qu'un projet initialement financé par la Fondation Bill et Melinda Gates ait cherché à améliorer les rendements du riz en en ajoutant des machines C4.

La plupart des modèles de la croissance des plantes et des rendements des cultures sera affecté par le CO₂ libérés par la combustion de combustibles fossiles ont supposé que les plantes C3 réguliers peuvent mieux fonctionner. En attendant, le RuBisCO dans les usines C4 reçoit déjà assez de CO₂ et donc les augmentations devraient avoir peu d'effet sur eux. Cela a été soutenu par études à court terme précédentes.

Le nouveau document scientifique rapporte les données d'un projet qui a comparé les plantes C3 et C4 pour la dernières années 20. Leurs découvertes sont surprenantes. Comme prévu, pour les dix premières années, les graminées C3 cultivées sous CO₂ supplémentaire ont fait mieux - mais pas leurs équivalents C4. Cependant, dans la deuxième décennie de l'expérience, la situation s'est inversée, les usines C3 produisant moins de biomasse sous des niveaux plus élevés de CO₂ et les usines C4 produisant plus.

Il semble que ce résultat troublant pourrait être dû au fait que le temps passait, moins d'azote était disponible pour fertiliser la croissance des plantes dans les parcelles C3 et plus dans les parcelles C4. L'effet n'était donc pas seulement dû aux plantes elles-mêmes, mais aussi à leurs interactions avec la chimie du sol et de ses microbes.

Ces résultats suggèrent que la façon dont les changements du CO₂ affectent les écosystèmes établis sont susceptibles d'être complexes et difficiles à prévoir. Ils peuvent laisser entendre que, comme le CO₂ dans l'atmosphère augmente, les prairies tropicales C4 pourraient peut-être absorber plus de carbone que prévu, et les forêts, qui sont principalement C3, pourrait absorber moins. Mais l'image exacte dépendra probablement des conditions locales.

Impact sur la nourriture

Ce que cela signifie pour la production alimentaire peut être plus simple et moins réconfortant qu'à première vue. Ces résultats proviennent d'herbes qui survivent et continuent de croître d'année en année. Mais les cultures céréalières actuelles sont des «plantes annuelles» qui meurent après une saison et doivent être replantées.

En conséquence, ils n'ont pas l'occasion de développer les interactions du sol qui semblent avoir stimulé la croissance des plantes C4 dans l'expérience. Nous ne pouvons pas nous attendre à ce que nos problèmes de sécurité alimentaire soient résolus par les rendements des cultures de C4 qui augmentent en réponse au CO₂ comme ils l'ont fait dans l'expérience. De même, la baisse éventuelle de la biomasse observée dans les parcelles C3 ne devrait pas se produire dans les cultures annuelles de C3.

La ConversationMais, comme nous le savons, les plantes C3 gaspillent beaucoup plus de ressources à des températures plus élevées, donc toute augmentation de la photosynthèse due à la hausse des niveaux de CO₂ semble être au moins annulé par le effets du réchauffement climatique ça va causer. Et c'est sans tenir compte des changements dans les régimes de précipitations tels que sécheresses plus fréquentes. Les solutions qui semblent trop belles pour être vraies sont généralement - et, pour l'instant, cela semble toujours être le cas pour l'idée que les rendements améliorés en CO₂ nourriront le monde.

A propos de l'auteur

Stuart Thompson, maître de conférences en biochimie végétale, Université de Westminster

Cet article a été publié initialement le La Conversation. Lis le article original.

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