Em que condições uma planta C4 tem vantagens adaptativas? Quais seriam estas vantagens?

Passo 1

O enunciado pergunta em que situações ambientais uma planta \mathrm{C}_4 sai ganhando em relação a uma planta \mathrm{C}_3 e quais as vantagens disso. O conteúdo envolvido é a estratégia de concentração de \mathrm{CO}_2 no ciclo de Calvin e a redução da fotorrespiração.

Passo 2

Para entender as vantagens, primeiro lembre que em temperaturas elevadas e sob alta intensidade de luz a enzima Rubisco tende a fixar \mathrm{O}_2 em vez de \mathrm{CO}_2, causando fotorrespiração, que é um processo ineficiente e desperdiça energia e carbono. Em plantas \mathrm{C}_3, esse efeito aumenta muito quando a temperatura ultrapassa cerca de 30\!-\!35\\ ^\circ\mathrm{C} ou quando a concentração de \mathrm{CO}_2 no ar cai.
Já a planta \mathrm{C}_4 usa a enzima PEP carboxilase para “prender” \mathrm{CO}_2 num composto de quatro carbonos no mesofilo. Esse composto é levado até as células do feixe vascular, onde se libera \mathrm{CO}_2 para a Rubisco com concentração local muito mais alta. Assim, a Rubisco trabalha quase sempre em modo carboxilase e a fotorrespiração fica praticamente anulada.

Passo 3

Portanto, as condições ambientais que favorecem o sistema \mathrm{C}_4 são:
\bullet altas temperaturas, que intensificam a fotorrespiração em plantas \mathrm{C}_3;
\bullet alta irradiância luminosa, que aumenta a demanda energética pelo ciclo de Calvin;
\bullet ambientes secos ou com disponibilidade restrita de água, pois a planta \mathrm{C}_4 consegue manter estômatos mais fechados;
\bullet atmosferas com concentração relativamente baixa de \mathrm{CO}_2.
As vantagens adaptativas resultantes são:
\bullet forte redução da fotorrespiração, elevando a eficiência na fixação de carbono;
\bullet maior eficiência no uso de água, pois estômatos podem ficar mais fechados para evitar perda hídrica;
\bullet melhor eficiência no uso de nutrientes, especialmente nitrogênio, já que há menos necessidade de sintetizar enzimas extras para lidar com a fotorrespiração;
\bullet, no conjunto, maior taxa de assimilação líquida de \mathrm{CO}_2 sob estresse térmico, luminoso ou hídrico.

Resposta

Plantas \mathrm{C}_4 têm vantagem em ambientes quentes, com alta luz, baixa \mathrm{CO}_2 e estresse hídrico. As vantagens são a supressão da fotorrespiração, maior eficiência hídrica e nutricional e, consequentemente, taxas superiores de fixação de carbono nessas condições.

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