Biogeografie

1.2.2 Teplota a světlo

Variabilní přírodní podmínky způsobily zajímavou diferenciaci u rostlin na systém C₃ a C₄. U většiny rostlin je primárním produktem fotosyntézy cukr 3-fosfoglycerát, který je tvořený třemi atomy uhlíku (proto C₃ rostliny). Některé rostliny ale dokážou vytvářet při fotosyntéze čtyřuhlíkaté sloučeniny (proto C₄ rostliny), což jim za cenu vyšší energetické náročnosti umožňuje vyšší produktivitu. C₄ rostliny se proto vyskytují převážně v oblasti tropů a subtropů, kde je relativně vyšší světelná intenzita a teplota. V oblastech s nižší teplotou a světelnou intenzitou jsou naopak oproti C₃ rostlinám znevýhodněné. Mezi C₄ rostliny patří některé hospodářky významné druhy jako např. cukrová třtina nebo kukuřice.

Vzhledem k řadě biochemických důvodů je C₄ mechanismus nejvýhodnější v podmínkách vysoké intenzity světla a vysoké teploty, avšak může být nevýhodný při slabém osvětlení a nízké teplotě. J.R. Ehleringer vypočítal, že v zeměpisné šířce okolo 45° (např. oblast Great plains Severní Ameriky) jsou relativní výhody a nevýhody systémů C₃ a C₄ zhruba v rovnováze. Jestliže budeme zkoumat podíl C₃ a C₄ druhů mezi travinami v různých oblastech v Severní Americe, pak zjistíme, že C₄ systém se vyskytuje se zastoupením více než 50% ve většině oblastí jižně od 40° severní zeměpisné šířky a naopak se zastoupením méně než 50% severně od této šířky. Velká konkurence mezi druhy trav vedla k výběru nejvhodnějšího mechanismu fotosyntézy pro dané stanoviště. Ty C₄ druhy, které se nachází severně od této kritické hranice mají často některé znaky, které jim tento výskyt umožňují, např. mohou mít maximální rychlost růstu v pozdním létě, kdy jsou teploty nejvyšší, zatímco C₃ druhy rostou nejlépe v chladnějších podmínkách na jaře a počátkem léta.

Obr. 5: Předpokládané intenzity fotosyntézy C₃ a C₄ rostlin ve vztahu k zeměpisné šířce v průběhu července. Výhoda C₄ rostlin se ztrácí v zeměpisných šířkách větších než 45° (Ehleringer 1978; Cox & Moore 1999).