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Le piante sono diventate un argomento improbabile di dibattito politico. Molte proiezioni suggerire che la combustione di combustibili fossili e il conseguente cambiamento climatico renderanno più difficile coltivare abbastanza cibo per tutti nei prossimi decenni. Ma alcuni gruppi si sono opposti a limitare le nostre emissioni affermalo Livelli più elevati di anidride carbonica (CO?) aumenteranno la fotosintesi delle piante e quindi aumenteranno la produzione alimentare.

Una nuova ricerca pubblicato su Science suggerisce che prevedere gli effetti dell’aumento della CO? I livelli di crescita delle piante potrebbero in realtà essere più complicati di quanto ci si aspettasse.

Per comprendere ciò che i ricercatori hanno scoperto sono necessarie alcune informazioni di base sulla fotosintesi. Questo è il processo che utilizza l'energia luminosa per alimentare la conversione della CO? negli zuccheri che alimentano la crescita delle piante e, in definitiva, forniscono il cibo da cui dipendiamo. Sfortunatamente, la fotosintesi è difettosa.

Molecole di CO? e l'ossigeno hanno forme simili e il meccanismo chiave che raccoglie la CO?, un enzima dal nome accattivante di RuBisCO, a volte confonde una molecola di ossigeno con una di CO?. Questo non era un problema quando RuBisCO si è evoluto per la prima volta. Ma circa 30 milioni di anni fa la CO? i livelli nell'atmosfera sono scesi a meno di un terzo di quello che erano stati. Con meno CO2? intorno, le piante iniziarono erroneamente a cercare di raccogliere molecole di ossigeno più spesso. Oggi questo rappresenta spesso un notevole consumo di energia e risorse di una pianta.

Quando fa più caldo, RuBisCO diventa ancora più incline agli errori. Inoltre, l'acqua evapora più velocemente, costringendo le piante ad adottare misure per evitare l'essiccamento. Sfortunatamente, impedendo all’acqua di fuoriuscire dalle foglie si ferma anche la CO? entrando e, man mano che RuBisCO diventa affamato di CO?, spreca sempre più risorse della pianta utilizzando invece l'ossigeno. A 25°C, questo può consumare un quarto di ciò che la pianta produce – e il problema diventa più grave mentre le temperature aumentano ulteriormente.

Tuttavia, alcuni le piante hanno sviluppato un modo per evitare il problema pompando CO? alle cellule in cui si trova il RuBisCO per potenziare la fotosintesi. Queste sono conosciute come piante C4, al contrario delle normali piante C3 che non possono farlo. Le piante C4 possono essere molto più produttive, soprattutto in condizioni calde e secche. Sono arrivati ​​a dominare le praterie tropicali della Terra 5m a 10m anni faprobabilmente perché il mondo è diventato più secco in questo momento e il loro l'uso dell'acqua è più efficiente.

Il mais (mais) e la canna da zucchero sono piante C4 ma la maggior parte delle colture non lo sono, anche se un progetto inizialmente finanziato dalla Fondazione Bill e Melinda Gates ha cercato di migliorare i raccolti nel riso aggiungendo macchinari C4 ad esso.

La maggior parte dei modelli di come la crescita delle piante e la resa delle colture sarà influenzato dal CO? rilasciati dalla combustione di combustibili fossili hanno ipotizzato che i normali impianti C3 possano funzionare meglio. Nel frattempo, il RuBisCO negli impianti C4 riceve già abbastanza CO? e quindi gli aumenti dovrebbero avere scarso effetto su di loro. Questo è stato supportato da precedenti studi a breve termine.

Il nuovo documento scientifico riporta i dati di un progetto che ha confrontato gli impianti C3 e C4 per il ultimi anni 20. I loro risultati sono sorprendenti. Come ci si aspettava, per i primi dieci anni, le erbe C3 coltivate con una maggiore quantità di CO? hanno fatto meglio, ma i loro equivalenti C4 no. Tuttavia, nel secondo decennio dell'esperimento la situazione si è invertita, con gli impianti C3 che producevano meno biomassa con livelli più elevati di CO? e gli impianti C4 che producono di più.

Sembra che questo risultato sconcertante potrebbe essere dovuto al passare del tempo, meno azoto era disponibile per fertilizzare la crescita delle piante nelle trame C3 e altro nei plot C4. Quindi l'effetto non era solo dovuto alle piante stesse, ma anche alle loro interazioni con la chimica del suolo e dei suoi microbi.

Questi risultati suggeriscono che il modo in cui cambia la CO? influenzare gli ecosistemi consolidati è probabile che sia complesso e difficile da prevedere. Potrebbero suggerirlo, poiché CO? nell'atmosfera aumenta, le praterie tropicali C4 potrebbero forse assorbire più carbonio del previsto, e foreste, che sono prevalentemente C3, potrebbe assorbire di meno. Ma è probabile che l'immagine esatta dipenda dalle condizioni locali.

Impatto sul cibo

Ciò che questo significa per la produzione alimentare può essere più semplice e meno confortante di prima vista. Questi risultati provengono da erbe che sopravvivono e continuano a crescere di anno in anno. Ma le attuali colture di cereali sono "piante annuali" che muoiono dopo una stagione e devono essere ripiantate.

Di conseguenza, non hanno l'opportunità di sviluppare le interazioni con il suolo che sembrano aver stimolato la crescita delle piante C4 nell'esperimento. Non possiamo aspettarci che i nostri problemi di sicurezza alimentare vengano risolti dall’aumento dei raccolti di C4 in risposta alla CO3? come hanno fatto nell'esperimento. Allo stesso modo, l’eventuale calo della biomassa osservato negli appezzamenti C3 non dovrebbe verificarsi nelle colture annuali CXNUMX.

Ma, come sappiamo, le piante C3 sprecano molte più risorse a temperature più elevate, quindi qualche aumento della fotosintesi dovuto all’aumento di COXNUMX? sembra probabile che lo siano almeno cancellato dal effetti del riscaldamento globale causerà. E questo senza tener conto delle modifiche ai modelli di precipitazioni come siccità più frequenti. Le soluzioni che sembrano troppo belle per essere vere generalmente lo sono – e, per il momento, sembra essere ancora così per l’idea che la CO? l’aumento dei rendimenti agricoli nutrirà il mondo.

Circa l'autore

Stuart Thompson, Senior Lecturer in Plant Biochemistry, Università di Westminster

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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