Inashangaza ajabu: cacti ni miongoni mwa aina za mimea michache zinazoweza kustawi jangwani. Alan Levine / Flickr, CC BY-SA

Jua, limeunganishwa na mimea katika mchakato wa photosynthesis, mamlaka karibu maisha yote duniani. Maelekezo maalum huruhusu mimea fulani kuhifadhiwa betri ya dioksidi kaboni usiku mmoja ili kutumika katika photosynthesis wakati wa mchana, kuwapa faida ya juicy katika mazingira ya jangwa kavu.

Michakato ambayo hufanya maisha - kama ukuaji, ukarabati, harakati na uzazi - yote yanahitaji chanzo cha nishati. Njia ya haraka ya nishati hii kwa vitu vingi vya maisha ni nishati ya kemikali.

Molekuli ya juu ya nishati ya kaboni, kama sukari na mafuta, imevunjwa ili kuimarisha mchakato wa maisha. Hizi molekuli za juu-nishati hazifanyike kwa kawaida katika mazingira. Viumbe vya aibu na aibu, kama vile wanadamu, hutegemea kuiba molekuli za nishati kutoka kwa viumbe vingine kwa kuwalisha. Hatimaye, hata hivyo, molekuli nyingi za nishati zinahitajika kuchukua nafasi ya wale waliovunjwa.

Wakati sukari na mafuta huzuni mvua kutoka kwenye nafasi, photons yenye nguvu za nishati (jambo bora zaidi) hufanya, kwa namna ya jua. Viumbe vyenye jukumu zaidi kuliko sisi, kama vile mimea na mwani, hufanya photosynthesis. Utaratibu huu unatumia nishati kutoka jua ili kurejesha molekuli za nishati za juu kutoka kwa bidhaa zao za kupoteza, carbon dioxide (CO₂), ambayo hutolewa kila wakati ndani ya anga na vitu vyote vilivyo hai.

Katika aina ya kawaida ya photosynthesis, CO₂ huchukuliwa kwenye majani wakati wa mchana kupitia pores ndogo katika uso wa mmea. Halafu ni masharti, au "fasta", moja kwa moja kwenye molekuli ya sukari kwa kutumia nishati kutoka jua, kutumiwa kama chanzo cha nishati ya kemikali - ama kwa mmea, au kwa mnyama anayekula.

Vipwe vidogo basi kaboni dioksidi ndani ya jani - lakini pia kuruhusu oksijeni ndani na maji nje. Photohound

Lakini kupata CO₂ kutoka anga inaweza kuwa tatizo katika hali fulani. Kufungua pores kwenye uso wa mimea inakuwezesha CO₂ ndani, lakini pia inakuwezesha oksijeni ndani na maji. Kupoteza maji ni tatizo katika mazingira kavu - hasa wakati wa siku, ambayo ni wakati CO₂ inahitajika kwa ajili ya photosynthesis.

Zaidi ya hayo, katika mazingira ya moto, mmea hauna uwezo wa kubainisha kati ya oksijeni na CO₂ na inaweza kuishia kuunganisha oksijeni kwenye molekuli ya sukari. Mara moja molekuli ya oksijeni imetengenezwa na sukari, inapaswa kuhesabiwa tena kwa gharama kubwa ya nguvu, kupunguza nishati ya nishati ambayo mimea inaweza kupata kutoka kwa photosynthesis.

Betri dioksidi ya betri kwa ufanisi

Makundi kadhaa ya mimea yamebadilishwa ambayo hayafanyii moja kwa moja CO₂ kufanya sukari, lakini ambatanisha CO₂ kuingia kwenye molekuli nyingine ambayo inaweza kuhifadhiwa, kusafirishwa na kuvunjwa ili kutolewa CO₂ tena, kama betri. Hii inepuka matatizo ya kupoteza maji na fixation ya ajali ya oksijeni.

Mikakati miwili mbadala imebadilika ili kutumiwa na uwezo huu: photosynthesis ya C4, ambayo inashughulikia ukolezi wa CO₂ katika nafasi, na photosynthesis ya CAM, ambayo hufanya mkusanyiko kwa wakati.

Photosynthesis ya C4 inafanywa na aina za 7,600, wengi wao nyasi, ikiwa ni pamoja na mahindi na mahindi. Ina ilibadilika kwa uhuru angalau mara 60, bado iko chini ya 0.5% ya aina za mimea. Ingawa ushindani mkubwa katika mazingira ya moto, gharama za nguvu zinazohusiana na uhifadhi wa kaboni inamaanisha kuwa mimea inayofanya photosynthesis ya kawaida ina makali kwa joto la chini.

Photosxnthesis ya C4 inatumia enzyme maalum ya kurekebisha CO₂ kwenye asidi. Enzyme hii ni bora zaidi katika ubaguzi kati ya CO₂ na oksijeni kuliko enzyme classic kutumika katika photosynthesis jadi. Asidi hutumwa ndani ya mmea, ambapo viwango vya oksijeni ni chini sana, na CO₂ imetolewa tena. Katika hali hii ya chini ya oksijeni, mmea hufanya makosa machache ya kukata oksijeni, na kuongeza ufanisi wa photosynthesis. Kuna gharama kubwa ya njia hii ya mzunguko wa kufanya photosynthesis, lakini hii ni zaidi ya kukabiliana na kupungua kwa fixation ya gharama ya oksijeni katika mazingira ya moto.

Cacti na mimea ya mananasi hutumia photosynthesis ya CAM kukaa juicy. hiyori13 / Flickr, CC BY-SA

Aina nyingine mbadala ya photosynthesis ni CAM, au Crassulacean Acid Metabolism, ambayo imetangulia photosynthesis ya C4 kwa angalau miaka milioni ya 150. Hii ilikuwa kwanza aligundua katika familia ya Crassula ya mimea lakini ina ilibadilika kwa kujitegemea katika misafa nyingi ya mimea, jumla ya aina ya 9,000.

Kama mimea ya C4, CAM pia huhifadhi CO₂ katika asidi, lakini hufanya majibu hayo wakati wa usiku, na badala ya kusafirisha molekuli ya asidi kwenye sehemu tofauti ya mmea, inawahifadhi tu katika nafasi ya kuhifadhi - eneo la kuhifadhi katika moyo wa kila kiini cha mmea. Wakati wa mchana, wakati mwanga unahitajika kwa ajili ya photosynthesis inapatikana, mmea hauna haja ya kufungua pores yake: ina chakula cha mchana kilichojaa tayari kuhifadhiwa katika seli zake. Hii inaruhusu mmea kufanya photosynthesis bila kufungua pores yake wakati wa mchana, kwa kiasi kikubwa kupunguza kiasi cha maji waliopotea.

Hii ni jinsi mimea ya CAM kama vile cacti na mananasi inaweza kubaki mzuri na maji licha ya mazingira ya moto wanayokua. Katika mazingira ya mvua au baridi, hata hivyo, matatizo yaliyotatuliwa na CAM na photosynthesis ya C4 sio kali - na gharama kubwa ya kuhifadhi na kufungua tena CO₂ inamaanisha mimea ni ushindani tu na binamu zao za jadi za kupiga picha katika mazingira ya moto au kavu.

Pengine nafasi ya mwisho sana, ambayo mtu anaweza kutarajia kupata mimea ya CAM ni chini ya maji, mazingira mazuri ya mvua na akaunti zote. Ilikuwa na baadhi ya mshangao kwamba CAM ilikuwa kwanza iliripotiwa katika kiwacho cha mmea wa ziwa ikifuatiwa na kugundua ndani genera nyingine nne za mimea ya majini.

Vidogo vya mimea ya majini ya Isoti za jeni hufanya CAM ili kuzingatia dioksidi kaboni katika ulimwengu wa chini ya maji. Huduma ya Samaki & Huduma ya Wanyamapori

Licha ya mazingira yao tofauti, mimea katika maziwa na jangwa hatimaye kushiriki tatizo moja - shida ya kupata CO₂. Wakati mengi ya CO₂ inaweza kufutwa katika maji, inatofautiana sana polepole zaidi kuliko hewa, hivyo maji yaliyo karibu na mmea yanaweza kufungwa na CO₂. Mimea ya majini imebadilishana na photosynthesis ya CAM ili waweze kuendelea kuendelea na CO₂ usiku, kwa kutumia ili kuongeza kile ambacho wanaweza kupata wakati wa mchana.

Mbali na utafiti unaozingatia kuanzisha photosynthesis ya C4 katika mchele, kumekuwa na riba kubwa katika kurekebisha mimea ya mimea ili kufanya photosynthesis ya CAM ili waweze kuishi bora ukame unasababishwa na mabadiliko ya hali ya hewa.

Kuhusu Mwandishi

Daniel Wood, mwanafunzi wa PhD katika Biolojia ya Plant, Chuo Kikuu cha Sheffield

Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.

ing