Фотосинтез C3, C4 и CAM — это три различных пути фиксации углекислого газа в процессе фотосинтеза, которые адаптированы к разным условиям окружающей среды.
1. C3-фотосинтез является наиболее распространенным и происходит у большинства растений. В этом процессе CO² фиксируется напрямую из воздуха и превращается в трехуглеродное соединение 3-фосфоглицерат в цикле Кальвина.
C3-растения обычно процветают в районах с обилием подземных вод, умеренной интенсивностью солнечного света, умеренной температурой и концентрацией углекислого газа около 200 ppm или выше. Они составляют около 95% растительной биомассы Земли.
2. C4-фотосинтез присущ растениям, живущим в условиях высокой температуры и интенсивного солнечного света. В C4-фотосинтезе CO² сначала фиксируется в четырехуглеродное соединение в мезофилле, а затем транспортируется в клетки обкладки сосудистых пучков, где CO² высвобождается и используется в цикле Кальвина.
Фотосинтез C4 возникал независимо как минимум 65 раз в 19 разных семействах растений. Поэтому существует много его разновидностей. Основная масса таких растений на сегодняшний день представлена травами (примерно 4600 видов) и осоками (1600 видов), в то время как у двудольных – растения С4-типа представлены примерно 1600 видами.
В олигоцене, около 30 миллионов лет назад, температура падала, концентрация углекислого газа в атмосфере уменьшалась, а концентрация кислорода, наоборот, увеличивалась с 18 процентов до 21. Условия для фотосинтеза C3 стали крайне неблагоприятными, что привело к высокому уровню фотодыхания.
Предполагается, что именно недостаток углекислого газа стал причиной отбора растений с механизмами его накопления. В результате появились растения с фотосинтезом C4 и CAM.
Климат того времени стал более засушливым, на земле появились открытые пространства с высокой освещённостью. Усилилась сезонность и увеличилось количество пожаров. Вероятно, эти факторы также сыграли важную роль в отборе растений с фотосинтезом C4 и CAM.
Растения, использующие C4-фотосинтез, включают в себя множество видов, которые приспособлены к жизни в условиях высоких температур и интенсивного солнечного света. К ним относятся:
— Кукуруза (Zea mays)
— Сахарный тростник (Saccharum officinarum)
— Сорго (Sorghum bicolor)
— Амарант (различные виды рода Amaranthus)
— Иван-чай (различные виды рода Chamaenerion).
Эти растения обладают уникальной способностью эффективно фиксировать углекислый газ даже при низкой концентрации CO² в атмосфере и сниженной потере воды через устьица.
3. CAM-фотосинтез характерен для растений, приспособленных к очень засушливым условиям. Эти растения фиксируют CO² ночью, когда устьица открыты для минимизации потери воды, и хранят его в виде малата до часа, когда CO² будет использовано в цикле Кальвина. Само название CAM происходит из английского названия crassulacean acid metabolism по-русски это «кислотный метаболизм толстянковых» или «метаболизм углерода по типу толстянковых».
Растения, использующие CAM-фотосинтез, обычно приспособлены к засушливым условиям и включают в себя:
— Кактусы (различные виды семейства Cactaceae)
— Ананасы (Ananas comosus)
— Некоторые орхидеи (различные виды семейства Orchidaceae)
— Агавы (различные виды рода Agave)
— Толстянки (различные виды семейства Crassulaceae)
Эти растения способны накапливать углекислый газ ночью, когда температура более низкая и влажность выше, что позволяет им минимизировать потерю воды в жаркие дневные часы.
Эти пути фотосинтеза позволяют растениям адаптироваться к различным климатическим условиям, оптимизируя использование воды и эффективность фотосинтеза.
Эффективность фотосинтеза зависит от множества факторов, включая тип растения, условия окружающей среды и доступность ресурсов. В общем, C4-фотосинтез считается более эффективным в условиях высокой температуры и интенсивного солнечного света, так как он позволяет растениям минимизировать потери воды и увеличить эффективность использования CO². CAM-фотосинтез также эффективен в засушливых условиях, поскольку он позволяет растениям сократить потерю воды, открывая устьица ночью. C3-фотосинтез наиболее распространен и эффективен в умеренных климатических условиях.
В целом, нет однозначного ответа на вопрос о том, какой тип фотосинтеза является наиболее эффективным, так как каждый тип оптимизирован для определенных условий окружающей среды. Однако, с точки зрения максимальной продуктивности в определенных условиях, C4-фотосинтез может быть более эффективным.
👨🌾 Не забудьте поставить лайк и подписаться.) Вам не сложно, а мне приятно!
