Со школы все знают, что растения из воды и углекислого газа делают глюкозу. Симптомы нехватки воды очевидны. А как понять, достаточно ли углекислого газа?
За фиксацию CO₂ отвечает древний фермент Рубиско. Он появился на заре жизни, с тех пор существенно не менялся и никогда уже не изменится.
Ещё у Рубиско есть такая особенность: он может цеплять и использовать кислород вместо CO₂. Этот процесс называется фотодыханием. Это не эволюционное приспособление, а неисправимое следствие химизма реакции.
Результат фотодыхания обратен фотосинтезу: растение расходует энергию без всякой пользы для себя.
Большую часть истории цветковых растений CO₂ в атмосфере было вполне достаточно, и фотодыхание не было проблемой. Но 20−30 миллионов лет назад случилась очередная климатическая катастрофа, и сейчас CO₂ в атмосфере всего 0,04%, а кислорода — 21%. И у большинства культурных растений интенсивность фотодыхания может достигать 50% от интенсивности фотосинтеза!
Ряд прогрессивных групп растений изобрел биохимический лайфхак, который позволяет им сначала запасать углекислый газ, а уже потом расходовать его на фотосинтез. Из культурных это кукуруза, просо, сорго и сахарный тростник.
Эти растения фотосинтезируют очень эффективно, но в силу необычной физиологии им нужны высокие температуры и много света. Отсюда сокрушительный провал хрущёвских кукурузных планов.
В заключение, на ферме желательно поддерживать пригодный для растений уровень CO₂. Иначе растения испытывают дефицит питания и медленнее растут.