Система фотосинтеза изменяется благодаря засухе

Система фотосинтеза у некоторых растений сформировалась из-за необходимости экономить воду. Так утверждают ученые из Университета Шеффилда (University of Sheffield).

Смысл фотосинтеза — получение органических веществ из углекислого газа и воды путем серии биохимических реакций. Однако разные растения применяют разные системы фотосинтеза — С₃-фотосинтез или С₄-фотосинтез.

Первый вариант — С₃-фотосинтез — выглядит следующим образом. Сборка глюкозы из углекислого газа происходят в клетках мезофилла — то есть относительно близко к поверхности листа. Второй вариант — С₄-фотосинтез — отличается от первого тем, что часть полученных продуктов транспортируются в глубь листа, к клеткам, окружающим проводящие сосуды.

Ранее считалось, что С₄-фотосинтез дает растениям возможность более эффективно использовать углекислый газ в том случае, если в окружающей среде его концентрация довольно низка (например, в редком лесу при сухом климате).

Однако британские ученые выдвинули другое объяснение этому феномену. Как сообщает compulenta.ru, движущей силой, по их мнению, оказалось не падение концентрации СО₂, а недостаток воды. Дело в том, что углекислый газ для фотосинтеза поступает в растения большей частью через устьица — поры на поверхности листа, окружённые запирающими клетками. Через эти же поры испаряется вода. Устьица необходимы для поднятия воды из почвы: испарение через листья создаёт необходимую гидравлическую силу, и вода перемещается от корней растения к листьям.

Однако в засушливом климате перед растениями встает нелегкий выбор: чтобы вести фотосинтез, нужно держать устьица открытыми для захвата СО₂, но через эти же устьица происходит значительная потеря воды. Если вода будет испаряться слишком быстро, гидравлический столб будет двигаться с разной скоростью у основания растения и у его вершины — и в итоге разорвётся. Растение может устранить разрыв и восстановить водоснабжение, но это требует больших затрат энергии, и если это будет происходить слишком часто, то растение попросту погибнет. По словам учёных, С₄-фотосинтез возник как раз из-за необходимости экономить воду. Более эффективное использование углекислого газа позволяет держать устьица закрытыми, то есть снизить водопотери.

Исследователи убеждены, что эволюция систем фотосинтеза направлялась именно необходимостью экономить воду. Чтобы окончательно подтвердить свою гипотезу, ученым нужно экспериментально сравнить поведение близкородственных растений с С₃- и С₄-фотоситнезом в засушливом климате.