C₄ Photosynthese ist eine Technik, die von einigen Pflanzenarten verwendet wird, um die Effizienz zu maximieren, mit der sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre binden. Es ist sowohl mit anatomischen als auch biochemischen Merkmalen verbunden, die die Effizienz der Kohlendioxidfixierung verbessern. Wie diese anatomischen und biochemischen Merkmale entstehen und sich entwickeln, ist derzeit ein Thema von großem Interesse, da wir möglicherweise in der Lage sein könnten, sie zur Verbesserung der Produktivität von wichtigen Nicht-C₄ Nutzpflanzen. Bemerkenswerterweise C₄ Die Photosynthese hat sich fast 70 Mal unabhängig voneinander in einer Vielzahl von Pflanzen entwickelt. Obwohl sie in Pflanzen weit verbreitet ist, ist C₄ Es ist nur bekannt, dass Photosynthese in einer einzigen Gruppe von Bäumen vorhanden ist, insbesondere in einigen Mitgliedern der Gattung Euphorbien. Die Tatsache, dass so wenige C₄ dass Bäume im Vergleich zu anderen Pflanzenarten existieren, hat in der Vergangenheit zu Kommentaren geführt und bleibt ein ungelöstes Rätsel. In ihrem jüngsten Open-Access-Artikel in Zeitschrift für experimentelle Botanik Sophie Jung und Kollegen diskutieren, warum C₄ Photosynthese ist bei Bäumen so selten und kommt zu dem Schluss, dass wahrscheinlich mehrere Faktoren daran beteiligt sind.

Wie Young und Kollegen schon früh in ihrem Artikel betonen, C₄ Bäume existieren (wenn auch selten) und daher scheint es keine universelle Inkompatibilität zwischen C₄ Photosynthese und ein Baum zu sein. Ihre Seltenheit kann daher von einer komplexeren Reihe von Faktoren herrühren, die sich selten vereinen, was gelegentlich zu C₄ Photosynthese ist für einen Baum von ausreichendem Nutzen. Ein wichtiger Punkt, um dies zu entwirren, ist zu verstehen, wie C₄ Photosynthese kam tatsächlich in den Mitgliedern der Euphorbie Gattung. C₄ Euphorbie Arten kommen alle auf Hawaii vor, und Young und Kollegen weisen darauf hin, dass aktuelle Beweise darauf hindeuten, dass diese von einer C₄ Vorfahr, der kein Baum war. Mit anderen Worten: C₄ Euphorbie Arten entstanden wahrscheinlich durch C₄ Pflanzen, die zu Bäumen werden, anstatt Bäume, die C bekommen₄ Eigenschaften der Photosynthese. Die Tatsache, dass dies anscheinend so selten vorgekommen ist, legt jedoch nahe, dass dies ein schwieriger Weg sein muss.

Ein möglicher Grund, warum C₄ Photosynthese in Bäumen selten vorkommt, kann an den Herausforderungen liegen, denen Bäume gegenüberstehen, insbesondere hohe Bäume mit Kronendach. Young und Kollegen betonen, dass Studien herausgefunden haben, dass Blätter im Blätterdach von hohen Baumarten eine hohe Variabilität in den Zellwasserpotentialen und als mögliche Folge variable Druckunterschiede zwischen verschiedenen Zellen oder Geweben aufweisen. Als C₄ Da die Photosynthese auf einem spezialisierten Fluss von Metaboliten zwischen Blattzellen durch Plasmodesmen beruht, spekulieren die Autoren, dass dies mit Baumformen, die hohe Baumkronen bilden, möglicherweise nicht kompatibel ist. Dies würde sicherlich zur aktuellen Form von C passen₄ Euphorbie Arten, die keine hohen, kronenbildenden Bäume sind. Damit verbunden ist, dass Bäume dazu neigen, spezifische Anordnungen von Plasmodesmen aufzuweisen, um den Materialfluss über große Entfernungen zwischen Quelle und Senke über das Phloem zu unterstützen, von dem die Autoren spekulieren, dass es die Auswirkungen von Anordnungen von Plasmodesmen, die verwendet werden, um den Metabolitenfluss zu lenken, teilweise aufheben könnte C₄ Pflanzen Spezies.

Die Autoren weisen darauf hin, dass Arten der Euphorbie Gattung sind morphologisch sehr vielfältig und haben einen offensichtlich hohen Grad an adaptiver Plastizität und kurze Generationszeiten. Sie weisen darauf hin, dass diese Merkmale möglicherweise die relativ schnelle Entstehung von Baummerkmalen aus einem C₄ Vorfahr ein Euphorbie leichter als bei anderen Gattungen. Diese Faktoren könnten es C auch ermöglicht haben₄ Euphorbie um ein gewisses Maß an Schattentoleranz zu erlangen, die es ihnen ermöglicht, manchmal im Schatten dachbildender Baumarten auf Hawaii zu wachsen und die phänotypischen Variabilitätsbeschränkungen zu umgehen, die normalerweise von C₄ Photosynthese.

Es scheint also, dass mehrere Faktoren zusammenkommen, um sicherzustellen, dass C₄ Bäume sind ein seltenes Vorkommen, und diejenigen, die vorkommen, scheinen durch diese Faktoren in ihrer Form ziemlich eingeschränkt zu sein. Wie Young und seine Kollegen schlussfolgern: "Wege zur Entwicklung eines C4-Baums sind potenziell verschlungen, was zusammen die weltweite Seltenheit von C4-Baumarten erklären könnte." Ob es weitere nicht identifizierte C₄ Baumarten da draußen bleibt unklar, aber im Moment scheinen die Umstände, wie Young und Kollegen diskutieren, ziemlich einzigartig zu sein, damit sie entstehen.