Maize, sugarcane and sorghum grow well in heat and strong sun partly because they use C4 photosynthesis, a way of concentrating carbon dioxide inside the leaf. This method has evolved independently more than 60 times in different groups of plants.

C4 photosynthesis

EvolutionClimateFoodBiologyScience

The story behind the card

Most plants use C3 photosynthesis, which relies on an enzyme called RuBisCO to capture carbon dioxide. In heat and drought, plants close the pores in their leaves to save water, carbon dioxide inside runs low, and RuBisCO grabs oxygen instead, wasting energy in a process called photorespiration. C4 plants first trap carbon dioxide in their outer leaf cells as a compound with four carbon atoms, which gives the pathway its name, then carry it to inner cells where RuBisCO works and release it there, so the enzyme is surrounded by carbon dioxide. With more than 60 separate origins, it is one of the most often repeated adaptations in plant evolution. Scientists are now trying to engineer the trait into rice.

Türkçe oku
Mısır, şeker kamışı ve sorgum sıcakta ve güçlü güneş altında iyi yetişir; bunun bir nedeni, karbondioksiti yaprağın içinde yoğunlaştıran C4 fotosentezini kullanmalarıdır. Bu yöntem, farklı bitki gruplarında birbirinden bağımsız olarak 60'tan fazla kez ortaya çıktı.

Bitkilerin çoğu C3 fotosentezi yapar ve karbondioksiti RuBisCO adlı bir enzimle yakalar. Sıcak ve kurak havada bitki su kaybetmemek için yapraklarındaki gözenekleri kapatır, yaprağın içinde karbondioksit azalır ve RuBisCO bu kez oksijene bağlanır. Fotosolunum denen bu süreç enerjiyi boşa harcar. C4 bitkileri ise karbondioksiti önce yaprağın dış hücrelerinde dört karbon atomlu bir bileşik olarak tutar; yol adını da buradan alır. Ardından bu bileşiği RuBisCO'nun çalıştığı iç hücrelere taşıyıp karbondioksiti orada serbest bırakır; böylece enzimin çevresi karbondioksitle dolar. 60'tan fazla ayrı kökeniyle bu, bitki evriminde en sık tekrarlanan uyumlardan biridir. Bilim insanları bugün bu özelliği pirince kazandırmaya çalışıyor.

Sources and further reading

Background reading: C4 carbon fixation
Next card in the archiveFazlur Rahman Khan, a Bangladeshi-American structural engineer, made very tall buildings cheaper to build with his 'tube' systems, in which a tower's outer walls work together to resist the wind. They shaped Chicago's John Hancock Center and the Sears Tower, now Willis Tower.Read next →