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C3，C4和CAM植物對氣候變化的適應(yīng)(二)
CAM植物
CAM光合作用是為了紀(jì)念植物家族而命名的，該植物家族 次記錄了Crassulacean，景天屬家族或orpine家族。這種類型的光合作用是對低水分利用的一種適應(yīng)，它發(fā)生在來自干旱地區(qū)的蘭花和多肉植物中。
在采用完全CAM光合作用的植物中，葉片的氣孔在白天關(guān)閉以減少蒸散量，并在晚上開放以吸收二氧化碳。一些C4工廠也至少部分以C3或C4模式運(yùn)行。實(shí)際上，甚至還有一家名為龍舌蘭（Agave Angustifolia）的工廠，可以根據(jù)本地系統(tǒng)的指示在模式之間來回切換。
*種類：仙人掌和其他多肉植物，clusia，龍舌蘭酒龍舌蘭，菠蘿。
*酶：磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶
*工藝：與可利用的陽光有關(guān)的四個(gè)階段，CAM植物在白天收集CO2，然后在晚上將CO2固定為4碳中間體。
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*固定碳的地方：液泡
*生物質(zhì)速率：速率可以落入C3或C4范圍內(nèi)。
CAM植物在植物中表現(xiàn)出高的用水效率，從而使其在半干旱沙漠等缺水的環(huán)境中表現(xiàn)出色。除了菠蘿和龍舌蘭龍舌蘭之類的一些龍舌蘭之外，在人類對糧食和能源的利用方面，CAM植物相對未被開發(fā)。
進(jìn)化與可能的工程
全球糧食不安全已經(jīng)是一個(gè)極其嚴(yán)重的問題，這使得繼續(xù)依賴低效的糧食和能源成為一個(gè)危險(xiǎn)的過程，尤其是當(dāng)我們不知道隨著我們的大氣層中碳含量更高而將對植物周期產(chǎn)生怎樣的影響時(shí)，尤其如此。大氣中二氧化碳的減少和地球氣候的干燥被認(rèn)為促進(jìn)了C4和CAM的演化，這增加了令人震驚的可能性，即升高的CO2可能逆轉(zhuǎn)有利于這些替代C3光合作用的條件。
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我們祖先的證據(jù)表明，原始人的飲食可以適應(yīng)氣候變化。Ardipithecus ramidus和Ar anamensis都依賴于C3植物，但是當(dāng)氣候變化將東部非洲從樹木繁茂的地區(qū)改變?yōu)闊釒Р菰瓡r(shí)，大約四百萬年前，幸存下來的物種– Aufarlopithecus afarensis和Kenyanthropus platyops –混雜了C3 / C4消費(fèi)者。到250萬年前，已經(jīng)進(jìn)化出兩個(gè)新物種：副鞭毛蟲（側(cè)重于C4 / CAM的食物來源）和早期的智人同時(shí)食用C3和C4植物品種。
C3至C4適應(yīng)
在過去的3500萬年中，將C3植物轉(zhuǎn)變?yōu)镃4物種的進(jìn)化過程不僅發(fā)生過一次，而且發(fā)生了至少66次。這一進(jìn)化步驟提高了光合作用性能，提高了水和氮的利用效率。
結(jié)果，C4植物的光合作用能力是C3植物的兩倍，可以應(yīng)付更高的溫度，更少的水和可用的氮。由于這些原因，生物化學(xué)家們目前正在設(shè)法尋找將C4和CAM特性（加工效率，高溫耐受性，更高的產(chǎn)量以及對干旱和鹽堿的抵抗力）轉(zhuǎn)移到C3植物中的方法，以抵消全球面臨的環(huán)境變化變暖。
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據(jù)信至少有一些C3修飾是可能的，因?yàn)楸容^研究表明這些植物已經(jīng)具有一些功能類似于C4植物的基本基因。盡管已經(jīng)追尋了C3和C4的雜種五十年，但由于染色體錯配和雜種不育，成功仍遙不可及。
光合作用的未來
增強(qiáng)糧食和能源安全的潛力已導(dǎo)致光合作用研究顯著增加。光合作用提供了我們的食物和纖維供應(yīng)，以及我們大多數(shù)的能源。甚至駐留在地殼中的碳?xì)浠衔飵斐跻彩峭ㄟ^光合作用產(chǎn)生的。
隨著化石燃料的枯竭（或者人類應(yīng)該限制化石燃料的使用以防止全球變暖），世界將面臨用可再生資源替代能源供應(yīng)的挑戰(zhàn)。期望人類的進(jìn)化 跟上未來50年的氣候變化速度是不切實(shí)際的?？茖W(xué)家希望，通過使用增強(qiáng)的基因組學(xué)，植物將是另一回事。
