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 higher levels of carbon dioxide (CO?) will boost plants’ photosynthesis and so increase food production.
Nouvelle recherche publié dans Science suggests that predicting the effects of increasing CO? levels on plant growth may actually be more complicated than anyone had expected.
To understand what the researchers have found out requires a bit of background information about photosynthesis. This is the process that uses light energy to power the conversion of CO? into the sugars that fuel plant growth and ultimately provide the food we depend on. Unfortunately, photosynthesis is flawed.
Molecules of CO? and oxygen are similar shapes and the key mechanism that harvests CO?, an enzyme with the catchy name of RuBisCO, sometimes mistakes an oxygen molecule for one of CO?. Ce n'était pas un problème quand RuBisCO a d'abord évolué. But about 30m years ago CO? levels in the atmosphere dropped to less than un tiers de ce qu'ils avaient été. With less CO? around, plants began mistakenly trying to harvest oxygen molecules more often. Today this is often a substantial drain upon a plant’s energy and resources.
As it gets hotter, RuBisCO becomes even more prone to errors. Water also evaporates faster, forcing plants to take measures to avoid drying out. Unfortunately, stopping water getting out of their leaves also stops CO? getting in and, as RuBisCO becomes starved of CO?, it wastes more and more of the plant’s resources by using oxygen instead. At 25°C, this can consume one-quarter of what the plant produces – and the problem becomes more extreme lorsque les températures augmentent encore.
Cependant, certaines les plantes ont développé un moyen d'éviter le problème by pumping CO? to the cells where the RuBisCO is located to turbocharge photosynthesis. These are known as C4 plants, as opposed to normal C3 plants which can’t do this. C4 plants can be much more productive, especially under hot and dry conditions. They came to dominate Earth’s tropical grasslands from 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 will be affected by the CO? released by burning fossil fuels have assumed that regular C3 plants may perform better. Meanwhile, the RuBisCO in C4 plants already gets enough CO? and so increases should have little effect on them. This has been supported by 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. Their findings are surprising. As was expected, for the first ten years, C3 grasses grown under extra CO? did better – but their C4 equivalents did not. However, in the second decade of the experiment the situation reversed, with the C3 plants producing less biomass under higher levels of CO? and the C4 plants producing more.
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.
These results suggest that the way that changes in CO? affect established ecosystems are likely to be complex and hard to predict. They may hint that, as CO? in the atmosphere increases, C4 tropical grasslands could perhaps 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.
As a result, they don’t have the opportunity to build up the soil interactions that seem to have boosted growth of the C4 plants in the experiment. We can’t expect that our food security problems will be solved by C4 crop yields increasing in response to CO? as they did in the experiment. Similarly, the eventual fall in biomass seen in the C3 plots shouldn’t happen in C3 annual crops.
But, as we know, C3 plants waste a lot more resources at higher temperatures, so any increase in photosynthesis from rising CO? levels seems likely to be au moins annulé par The 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. Solutions that seem to be too good to be true generally are – and, for the moment, that still seems to be the case for the idea that CO? enhanced crop yields will feed the world.
But, as we know, C3 plants waste a lot more resources at higher temperatures, so any increase in photosynthesis from rising CO? levels seems likely to be A propos de l'auteur
Stuart Thompson, maître de conférences en biochimie végétale, Université de Westminster
Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.
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