Pflanzen nutzen bei der Photosynthese die Energie der Sonne, um aus Kohlendioxid und Wasser Zucker zu gewinnen. Mit steigenden Temperaturen wird die Photosynthese in den meisten Pflanzen jedoch zunehmend ineffizient und verringert deren Produktivität bei heißem Wetter drastisch. C4-Pflanzen, die nur 3 Prozent der Blütenpflanzen ausmachen, haben eine alternative Methode zur Photosynthese entwickelt, mit der sie ihre Effizienz auch bei heißem Wetter aufrechterhalten können. Laut dem pensionierten Harvard-Biologieprofessor John W. Kimball führen sie trotz der geringen Anzahl von C4-Spezies ein Viertel der Photosynthese an Land durch.
Gemeiner Mais überlebt Hitze und helle Sonne durch C4-Photosynthese.Zuckerrohr
Die photosynthetische Effizienz der meisten Pflanzen - die Geschwindigkeit, mit der sie Lichtenergie in chemische Energie umwandeln, um Wachstum und Lebensprozesse voranzutreiben - liegt zwischen 1 und 4 Prozent, wobei die höheren Werte für Kulturpflanzen gelten. Sugarcane, eine C4-Pflanze, weist einen Photosynthesewirkungsgrad von etwa 7 Prozent auf, einer der höchsten gemessenen natürlich vorkommenden Photosynthesewirkungsgrade auf der Erde. Die C4-Photosynthese, die einen Teil der Energieverschwendung der Photosynthese durch die Isolierung von Prozessen in verschiedenen Teilen der Anlage eliminiert, trägt zur Effizienz des Zuckerrohrs bei. Zuckerrohr ist eines von vielen Beispielen für C4-Pflanzen in den Tropen.
ZuckerrohrMais
Obwohl die meisten C4-Pflanzen in den Tropen wachsen, wo konstante Hitze ihnen einen adaptiven Vorteil verschafft, verwendet die bekannteste Kultur der westlichen Welt auch die C4-Photosynthese. In der Tat ist die C4-Photosynthese zum Teil für den Erfolg von Mais als Ernte verantwortlich. Laut den Grain Farmers of Ontario ist der Maisertrag doppelt so hoch wie bei den meisten anderen Getreidearten, und Maispflanzen produzieren auch zweimal so viel neues Wachstum pro Jahr wie der durchschnittliche gemäßigte Wald. Während andere Pflanzen unter den langen Tagen und der hohen Hitze des Hochsommers, die ihre Fähigkeit, Energie für sich selbst zu synthetisieren, herabsetzt, geraten, ermöglicht die C4-Photosynthese, dass Mais weiterhin effizient Energie produziert und Pflanzen wachsen und gedeihen können, selbst unter schwierigsten Bedingungen.
Mais
Kaktus
Die meisten C4-Pflanzen isolieren photosynthetische Prozesse in verschiedenen Pflanzenteilen, bei denen durch hohe Hitze keine Ineffizienzen auftreten können. Kakteen gehören jedoch zu einer Gruppe von C4-Pflanzen, die als CAM-Pflanzen bezeichnet werden und eine Form der C4-Photosynthese verwenden, die zu verschiedenen Tageszeiten Photosyntheseprozesse durchführt, um die Effizienz zu maximieren und den Wasserverlust zu minimieren. Nachts öffnen Kakteen die Poren in ihren Blättern, damit Kohlendioxid - ein notwendiger Bestandteil für die Photosynthese - eindringen kann. Wenn sie tagsüber geöffnet werden, verursachen diese Poren auch große Wasserverluste, da Wasser aus ihnen verdunstet. Nachts sind die Wasserverluste minimal. Kakteen durchlaufen den Photosyntheseweg von C4 und lagern die Produkte in ihren Zellen. Wenn die Sonne aufgeht und die Temperaturen eskalieren, schließen Kakteen die Poren im Laub und schließen mit den gelagerten C4-Produkten den Photosynthesevorgang ab.
Kaktus
