피는 놀랍습니다. 선인장은 사막에서 번성 할 수있는 몇 안되는 식물입니다. 앨런 레바인 / 플리커, CC의 BY-SA
햇빛은 광합성 과정에서 식물에 의해 힘을 얻으며 지구상의 거의 모든 생명을 움직입니다. 특별한 적응을 통해 하루 동안 광합성에 사용하기 위해 하룻밤 동안 이산화탄소 배터리를 저장하는 특정 식물을 허용하여 건조한 사막 환경에서 수분이 많은 이점을 제공합니다.
성장, 수리, 이동 및 재생산과 같은 생명을 구성하는 과정에는 모두 에너지 원이 필요합니다. 많은 생명체를위한이 에너지의 즉각적인 근원은 화학 에너지입니다.
당과 지방과 같은 고 에너지 탄소 기반 분자는 생명의 과정을 발전시키기 위해 분해됩니다. 이러한 고 에너지 분자는 환경에서 자연적으로 발생하지 않습니다. 인간과 같이 수줍어하고 부정직 한 유기체는 다른 유기체로부터 고 에너지 분자를 먹어서 훔쳐 낸다. 그러나 궁극적으로 더 많은 에너지 분자가 분해 된 물질을 대체해야합니다.
설탕과 지방은 슬프게도 우주에서 비가 내리지 않지만 햇빛의 형태로 에너지가 풍부한 광자 (차선책)가합니다. 식물이나 조류와 같은 우리보다 더 책임있는 생물체는 광합성을 수행합니다. 이 공정은 햇빛으로부터 얻은 에너지를 사용하여 고형 분자를 분해 부산물, 이산화탄소 (CO2), 그것은 모든 생물에 의해 대기 속으로 끊임없이 방출된다.
광합성의 가장 일반적인 형태에서 CO2 식물 표면의 작은 구멍을 통해 하루 동안 잎에 흡수됩니다. 그런 다음 식물 또는 먹는 동물에 의해 화학 에너지의 원천으로 사용될 햇빛으로부터의 에너지를 사용하여 당 분자에 직결되거나 고정됩니다.
작은 구멍으로 이산화탄소가 잎 속에 들어가게되지만 산소와 물의 배출을 허용합니다. 포토 하운드
그러나 CO 획득2 분위기에 따라서는 상황에 따라 문제가 될 수 있습니다. 식물 표면의 구멍을 열면 CO2 안으로,뿐만 아니라 산소와 물을 밖으로 수 있습니다. 수분 손실은 건조한 환경에서 특히 하루 중 CO에서 문제가됩니다.2 광합성에 필요합니다.
또한, 고온 환경에서, 설비는 산소와 CO를 구별하기가 쉽지 않다.2 실제로 당 분자에 산소를 붙일 수 있습니다. 일단 산소 분자가 설탕에 고정되면, 상당한 에너지 비용으로 다시 소중하게 여겨 져야하며 식물이 광합성으로부터 얻을 수있는 순 에너지를 줄여야합니다.
효율성을위한 이산화탄소 배터리
대기 중 일산화탄소를 직접적으로 수정하지 않는 여러 그룹의 식물이 진화했다.2 설탕을 만들지 만 CO를 붙인다.2 CO를 방출하기 위해 저장, 수송 및 분해 될 수있는 다른 분자 상으로2 다시 배터리처럼. 이것은 물 손실과 실수로 인한 산소 고정 문제를 방지합니다.
C4 광합성은 CO의 농도를 조작하는 두 가지 대안 전략으로 발전했습니다.2 우주에서, CAM 광합성은 시간의 집중을 조작한다.
C4 광합성은 7,600 종에 의해 수행되며, 대부분 옥수수와 사탕 수수를 포함하여 목초가 자랍니다. 그것은있다 60 번 이상 독립적으로 진화, 아직 식물 종의 0.5 % 미만으로 존재한다. 고온 환경에서 경쟁력이 높지만 탄소 저장과 관련된 에너지 비용은 일반적인 광합성을 수행하는 식물이 저온에서 우위를 차지한다는 것을 의미합니다.
C4 광합성은 특별한 효소를 사용하여 대기 CO2 산에가한다. 이 효소는 CO2 및 산소는 전통적인 광합성에서 사용 된 고전적인 효소보다 더 큽니다. 산은 산소 농도가 훨씬 낮은 식물의 깊은 곳으로 옮겨지고, CO2 다시 릴리스되었습니다. 이 저산소 환경에서 식물은 산소 고정 실수를 줄여 광합성 효율을 높입니다. 광합성을하는이 로터리 방법에는 에너지 비용이 들지만, 이는 더운 환경에서 값 비싼 산소 고정의 감소로 상쇄됩니다.
선인장과 파인애플 식물은 CAM 광합성을 이용하여 육즙을 유지합니다. hiyori13 / Flickr, CC의 BY-SA
또 다른 종류의 광합성은 C4 광합성보다 적어도 150 백만 년 앞선 CAM 또는 Crassulacean Acid Metabolism입니다. 이했다 Crassula 가족에서 처음으로 발견됨 식물의 많은 계보에서 독립적으로 진화했다. 9,000 종에 걸쳐 총 식물의.
C4 플랜트와 마찬가지로 CAM에도 CO2 산에서, 그러나 밤에이 반응을 수행하고, 식물의 다른 부분으로 산성 분자를 운반하는 것이 아니라 단순히 식물을 각 식물 세포의 심장에있는 저장 공간 인 액포에 저장합니다. 식물이 광합성에 필요한 빛을 이용할 수있는 날이되면 식물은 모공을 열 필요가 없습니다. 이것은 식물이 낮에는 모공을 열지 않고 광합성을 수행하여 손실 된 물의 양을 대폭 줄입니다.
이것은 선인장과 파인애플과 같은 CAM 식물이 자라는 열악한 환경에도 불구하고 즙이 많고 물이 많이 남을 수있는 방법입니다. 그러나 더 시원하거나 더 시원한 환경에서 CAM과 C4 광합성으로 해결되는 문제는 심각하지 않습니다. CO 저장 및 재발행2 이는 식물이 덥거나 건조한 환경에서 전통적으로 광합성을하는 사촌들과 경쟁적이라는 것을 의미합니다.
그러므로 CAM 플랜트를 찾을 것으로 기대할 수있는 마지막 장소는 수중인데, 이것은 모든 계정에 의해 상당히 젖은 환경입니다. 그러므로 CAM이 호수 식물 Isoetes에서 처음보고 그 다음에 발견 된 수생 식물 4 종.
Isoetes 속의 작은 수생 식물은 CAM을 수행하여 수중 세계에 이산화탄소를 집중시킵니다. 미국의 물고기 및 야생 동물 서비스
그들의 매우 다른 환경에도 불구하고, 호수와 사막에있는 식물은 궁극적으로 동일한 문제를 공유합니다. CO 획득의 어려움2. 많은 CO2 물에 용해 될 수 있고 공기보다 훨씬 천천히 확산되므로 식물 주변의 물은 CO가 고갈 될 수 있습니다2. 수생 식물은 CAM 광합성을 진화시켜 CO를 계속 섭취 할 수있게되었습니다.2 밤에는 그것을 사용하여 하루 동안 얻을 수있는 것을 보충합니다.
연구를 목표로 C4 광합성을 쌀에 도입, 광합성을 수행하기 위해 작물을 개조하는 것에 상당한 관심이있어 기후 변화로 인한 가뭄에서 더 잘 견딜 수있다.
저자에 관하여
다니엘 우드, 식물 생물학 박사 과정 학생, 셰필드 대학
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