چرا کوکتی شاداب است؟ استراتژی راز از Succulents

چرا کوکتی شاداب است؟ استراتژی راز از Succulents پر زرق و برق شگفت انگیز: کاکتوس یکی از معدود گونه های گیاهی است که می تواند در بیابان رشد کند. آلن لوین / فلیکر, CC BY-SA

نور خورشید که توسط گیاهان در فرآیند فتوسنتز به کار رفته است، تقریبا تمام عمر روی زمین را قدرت می دهد. انطباق های خاص اجازه می دهد تا برخی از گیاهان یک باتری دی اکسید کربن برای یک روز برای استفاده در فتوسنتز در طول روز ذخیره، به آنها مزایای آبدار در شرایط بیابانی خشک.

پروسه هایی که زندگی را تشکیل می دهند - مانند رشد، تعمیر، حرکت و بازتولید - همه نیاز به منبع انرژی دارند. منبع فوری این انرژی برای بسیاری از موجودات زنده انرژی شیمیایی است.

مولکول های با انرژی بالا بر پایه کربن، مانند قندها و چربی ها، به فرآیندهای زندگی منجر می شوند. این مولکول های انرژی بالا به طور طبیعی در محیط زیست رخ نمی دهد. گیاهان خجالتی و ناسازگار مانند انسان، از طریق خوردن آنها، به سرقت مولکول های انرژی بالا از سایر موجودات کمک می کنند. در نهایت، با این حال، مولکول های انرژی بالا نیاز به جایگزینی آن شکسته.

در حالی که قندها و چربی ها متاسفانه از فضا باران نمی آیند، فوتون های غنی از انرژی (بهترین چیز بعدی) را در قالب نور خورشید انجام می دهند. ارگانیسم های مسئول بیشتر از ما، مانند گیاهان و جلبک ها، فتوسنتز را انجام می دهند. این فرآیند از انرژی خورشید برای تولید مولکولهای انرژی بالا از مواد زائد، دی اکسید کربن (CO2)، که به طور دائم با تمام موجودات زنده به جو تبدیل شده است.

در شایع ترین شکل فتوسنتز، CO2 در طول روز از طریق سوراخ های کوچک در سطح گیاه به برگ ها برگردانده می شود. سپس با استفاده از انرژی از نور خورشید، به عنوان یک منبع انرژی شیمیائی - یا توسط گیاه، و یا توسط حیوان که آن را می خورد، استفاده می شود، یا ثابت می شود، مستقیما به یک مولکول شکر با استفاده از انرژی از نور خورشید.

چرا کوکتی شاداب است؟ استراتژی راز از Succulents منافذ کوچک اجازه داده می شود دی اکسید کربن به برگ - بلکه اجازه می دهد اکسیژن در داخل و خارج از آب. Photohound

اما دستیابی به CO2 از جو می تواند در بعضی موقعیت ها مشکل ساز باشد. باز شدن منافذ در سطح گیاه اجازه می دهد CO2 در، اما همچنین اجازه می دهد تا اکسیژن در داخل و خارج از آب. از دست دادن آب یک مشکل در محیط های خشک - به ویژه در طول روز است که زمانی که CO2 برای فتوسنتز لازم است.

علاوه بر این، در محیط های گرم، گیاه کمتر قادر به تشخیص بین اکسیژن و CO است2 و در واقع می تواند باعث اتصال اکسیژن به مولکول شکر شود. هنگامی که یک مولکول اکسیژن به شکر ثابت می شود، باید آن را دوباره با هزینه های قابل توجه انرژی افزایش می دهد، کاهش انرژی خالصی که گیاهان می توانند از فتوسنتز بدست آورند.

باتری های دی اکسید کربن برای کارایی

چندین گروه از گیاهان تکامل یافته اند که به طور مستقیم CO اتمسفر را تأمین نمی کنند2 برای تولید قند، اما ضمیمه CO2 بر روی مولکول های دیگری که می توانند ذخیره، حمل و شکسته شوند تا CO آزاد شوند2 دوباره مثل یک باتری. این مسائل از دست رفتن آب و ثابت شدن اکسیژن اتفاقی را اجتناب می کند.

دو استراتژی جایگزین برای استفاده از این توانایی به وجود آمده است: فتوسنتز C4 که منجر به غلظت CO2 در فضا و فتوسنتز CAM، که غلظت را در زمان دستکاری می کند.

فتوسنتز C4 توسط گونه های 7,600 انجام می شود، بیشتر آنها علف های هرز، از جمله ذرت و سورگوم. این دارد به طور مستقل حداقل 60 بار تکامل یافته است، در حال حاضر در کمتر از 0.5٪ از گونه های گیاهی وجود دارد. گرچه در محیط های گرم بسیار رقابتی است، هزینه های پر انرژی مرتبط با ذخیره سازی کربن به این معنی است که گیاهانی که فتوسنتز متداول دارند، در دماهای پایین تر لبه دارند.

فتوسنتز C4 با استفاده از یک آنزیم ویژه برای رفع اتمسفر CO2 روی اسید این آنزیم در تشخیص بین CO بسیار بهتر است2 و اکسیژن از آنزیم کلاسیک مورد استفاده در فتوسنتز سنتی. اسید در عمق داخل گیاه حمل می شود، جایی که اکسیژن غلظت بسیار پایین تر است و CO2 دوباره منتشر شد در این محیط با کم اکسیژن، گیاه باعث کاهش اشتباهات اکسیژن ثابت، افزایش کارایی فتوسنتز می شود. هزینه های پر انرژی برای این روش چرخش برای انجام فتوسنتز وجود دارد، اما این کاهش بیش از حد با کاهش هزینه های ثابت اکسیژن در محیط های گرم است.

چرا کوکتی شاداب است؟ استراتژی راز از Succulents گیاهان کاکتی و آناناس از فتوسنتز CAM برای حفظ آبریزش استفاده می کنند. hiyori13 / فلیکر, CC BY-SA

نوع دیگری از فتوسنتز جایگزین CAM یا متابولیسم اسید Crassulacean است که قبل از فتوسنتز C4 با حداقل 150 میلیون سال است. این بود ابتدا در خانواده Crassula کشف شد از گیاهان است اما دارای به طور مستقل در بسیاری از خطوط تکامل یافته است از گیاهان، در مجموع بیش از گونه های 9,000.

مانند C4 گیاهان، CAM همچنین فروشگاه CO2 در اسید، اما این واکنش را در شب انجام می دهد و به جای انتقال مولکول های اسیدی به بخش های مختلف گیاه، به سادگی آنها را در واژن ذخیره می کند - منطقه ذخیره سازی در قلب هر سلول گیاهی. در طول روز، زمانی که نور مورد نیاز برای فتوسنتز در دسترس است، گیاه نیازی به باز کردن منافذ آن نیست: یک ناهار بسته شده در حال حاضر در سلول های آن ذخیره شده است. این اجازه می دهد تا گیاه برای انجام فتوسنتز بدون باز کردن منافذ خود را در طول روز، به شدت کاهش مقدار آب از دست داده است.

به همین دلیل است که گیاهان CAM مثل کاکائو و آناناس می توانند با وجود محیط گرم که در آن رشد می کنند، ساکت و آبی باقی بمانند. در محیط های مرطوب یا سردتر، مشکلات حل شده با فتوسنتز CAM و C4 بسیار جدی نیستند و هزینه انرژی ذخیره و انتشار مجدد CO2 به این معناست که گیاهان تنها در شرایط داغ و خشک خشک و نرم هستند.

شاید آخرین مکان، بنابراین، ممکن است انتظار داشته باشید که گیاهان CAM را در زیر آب پیدا کنید، محیطی کاملا مرطوب از نظر همه حسابها. با این وجود، با وجود تعجب، CAM شد اولین بار در گیاه دریاچه Isoetes گزارش شد به دنبال اکتشافات در چهار جنس دیگر از گیاهان آبزی.

چرا کوکتی شاداب است؟ استراتژی راز از Succulents گیاهان آبی کوچک از جنس Isoetes CAM را برای تمرکز دی اکسید کربن در جهان زیر آب انجام می دهند. سرویس ماهی و حیات وحش ایالات متحده

علیرغم شرایط بسیار متفاوت آنها، گیاهان در دریاچه ها و نواحی در نهایت مشکلی مشابه دارند - دشواری به دست آوردن CO2. در حالی که بسیاری از CO2 می تواند در آب حل شود، آن را بسیار کندتر از هوا پخش می شود، بنابراین آب اطراف گیاه می تواند از CO2. گیاهان آبزی فتوسنتز CAM را توسعه داده اند تا بتوانند CO را ادامه دهند2 در شب، با استفاده از آن به تکمیل آنچه که آنها می توانند در طول روز به دست آورد.

علاوه بر تحقیقاتی که به دنبال آن هستند معرفی فتوسنتز C4 به برنجعلاقه مندی زیادی به تغییر گیاهان زراعی برای انجام فتوسنتز CAM وجود دارد تا آنها بتوانند از خشکسالی ناشی از تغییرات اقلیمی جان سالم به در ببرند.گفتگو

درباره نویسنده

دانیل وود، دانشجوی دکتری زیست شناسی گیاهان دانشگاه شفیلد

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

نشستند

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

به دنبال InnerSelf در

فیس بوک، آیکونتوییتر آیکونrss-icon

دریافت آخرین با ایمیل

{emailcloak = خاموش}

بیشترین مطلب خوانده شده