Является ли CO2 пищей для растений? Почему не следует пытаться улучшить то, что не нуждается в улучшении

В дискуссиях об изменении климата часто повторяется концепция, что углекислый газ (CO2) это пища для растений и он не является загрязнителем. Это одна из тех полуправд (в лучшем случае), которые разваливаются при более глубоком рассмотрении. 

Люди могут думать, что они могут повысить продуктивность растений, нагнетая в атмосферу CO2, который называется «пищей для растений». Они забывают, что Гея всегда знает лучше, и конечный результат может оказаться прямо противоположным тому, что они ожидают. 

В дискуссиях об изменении климата часто повторяется концепция, что CO2, углекислый газ, не является загрязнителем. По сути, это пища для растений. И, если человеческая деятельность увеличивает его концентрацию в атмосфере, это хорошо, потому что растения растут все лучше и больше, попутно поглощая избыток CO2 и решая проблему глобального потепления. Итак, нам не следует беспокоиться о выбросах от сжигания ископаемого топлива. Они полезны для биосферы, которая не могла бы выжить без газообразного источника углерода.

Хотя это и не совсем неверно, это одна из тех полуправд (в лучшем случае), которые разваливаются при более глубоком рассмотрении. Прежде всего, то, что мы обычно подразумеваем под словом «пища», — это источник энергии для живого существа. У растений энергию дает солнечный свет. Растения используют CO2 для построения своей структуры, и нам следует называть его «питательным веществом».

Это не просто семантическая проблема. Это связано с тем, как функционируют живые существа биосферы Земли. Все, что движется (включая нас), делает это из-за энергии, передаваемой солнечным светом растениям для создания органических молекул посредством фотосинтеза, химической реакции, которую можно записать следующим образом:

CO2 + H2O + фотоны энергия света → [CH2O] + O2,

это упрощенное представление чрезвычайно сложной реакции, проходящей через длинную серию стадий. Но в целом процесс основан на расщеплении воды фотонами и создании реагентов, которые затем соединяются с CO2 с образованием углеводов (обозначенных выше как CH2O ).

Вы, вероятно, помните, как учили в средней школе, что если увеличить концентрацию реагента (молекул на левой стороне реакции), реакция продолжится с образованием большего количества продуктов. Таким образом, больше CO2 должно создавать больше углеводов, что примерно верно, но это требует определенных условий. Фактическая реакция расщепления CO2 происходит в определенном месте большой молекулы («фермента») под названием RuBisCo. Таким образом, слишком многим молекулам CO2 придется стоять в очереди за наличием свободных мест. Это еще одна базовая концепция химии: она гласит, что скорость реакции достигает насыщения, когда она зависит от ограниченного числа участков. Действительно, измерения говорят нам, что удвоение концентрации CO2 в растениях может привести не более чем к 10-20% увеличению скорости роста растений.

Можно сказать, что даже небольшое увеличение производительности — это неплохо, но у него есть две проблемы: 1) это происходит не всегда и 2) это нехорошо. Одна из проблем заключается в том, что растениям требуется множество дополнительных питательных веществ, которых не показывает упрощенный взгляд на реакцию фотосинтеза. Если растению не хватает, скажем, азота, добавлять больше CO2 совершенно бесполезно: производительность не увеличится.

Тогда, даже если дополнительный CO2 ускоряет рост, проблема в том, что растению не хватает того количества питательных веществ, которое оно может собрать из своей корневой системы. Неудивительно, что результатом является нехватка полезных ископаемых. Менее очевидно, почему образующиеся ткани также содержат мало белков и богаты углеводами, но это один из наблюдаемых результатов «оплодотворения» CO2. Это прямо противоположно тому, что нам нужно с точки зрения питания: большинство людей в мире едят слишком много углеводов и слишком мало белков.

Все это хорошо известно, и более подробное описание вы можете прочитать в журнале Scientific American Scientific American. Но есть еще один момент, который редко упоминается в дискуссии, но который я считаю важным. Дело в том, что CO2 — это не просто реагент в реакции фотосинтеза, но и продукт дыхания — реакции, обеспечивающей энергию для метаболизма живых существ. Это может быть написано так:

C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) + энергия,

что, конечно, является большим упрощением другой чрезвычайно сложной реакции, протекающей в несколько стадий. В любом случае, чем больше углеводов сжигает система, тем больше энергии у существа остается для метаболизма. И вы обратите внимание, что здесь молекула CO2 находится на правой стороне реакции, а не на левой, как это было при фотосинтезе. Это значит, что если вы хотите, чтобы реакция шла быстрее, вам нужно сделать наоборот, вам нужно удалить молекулы CO2 из реакционных центров, чтобы оставить место для реакции молекул кислорода. 

Вы видите, насколько эти две потребности контрастируют друг с другом: растениям (возможно) нужно  больше CO2, чтобы ускорить фотосинтез, но и растениям, и животным нужно CO2  меньше CO2, чтобы ускорить их метаболизм. Как это часто бывает с биологическими системами и всеми этими системами, называемыми «холобионтами», метаболизм системы оптимизируется с точки зрения компромисса: слишком мало CO2 может сделать фотосинтез слишком медленным или даже невозможным - и в последнем случае просто убило бы биосферу. Но слишком много CO2 сделает живые существа вялыми и неспособными поддерживать такие огромные структуры, как человеческий мозг, которым для функционирования требуется огромное количество метаболической энергии. 

Это не просто теория. Известно, что даже незначительное увеличение концентрации CO2 замедляет способность человека обрабатывать информацию. Доиндустриальная концентрация CO2 составляла около 280 ppm. Сейчас мы находимся на уровне более 400 ppm. Тесты показали, что 600 частей на миллион достаточно, чтобы увидеть заметное замедление  умственных способностей людей. Внутри домов, которые сейчас обычно запечатаны, как могилы, в целях экономии энергии, концентрация CO2 часто превышает 1000-2000 частей на миллион (и даже больше, если вы носите маску). Эти концентрации не причиняют физиологического вреда, но могут быть связаны с эффектом « глобального отупения», который наблюдается в настоящее время.

26 июля, в свой 103 день рождения, умер британский ученый-эколог, инженер и изобретатель Джеймс Лавлок (James Ephraim Lovelock). В мире он был известен как пионер науки, климатический пророк и создатель теории Геи. 

 

Великий голобионт, которого мы называем Гея, оптимизировал метаболические процессы биосферы на протяжении миллионов и миллионов лет. Люди делают вид, что вмешиваются, чтобы «улучшить» то, что не нуждается в улучшении, и результат часто оказывается хуже, если не катастрофой. В этом случае мы рискуем сделать биосферу немного более пышной, чем раньше, в обмен на то, что она станет непригодной для жизни существ с большим мозгом. Никогда не забывайте, что Гея знает лучше.

UGO BARDI 22 НОЯБ. 2023 Г.

Источник