Κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, τα φυτά χρησιμοποιούν ενέργεια από τον ήλιο για να σχηματίσουν ζάχαρη από διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Καθώς αυξάνονται οι θερμοκρασίες, ωστόσο, η φωτοσύνθεση καθίσταται όλο και πιο αναποτελεσματική στα περισσότερα φυτά και μειώνει δραστικά την παραγωγικότητα τους κατά τη διάρκεια του θερμού καιρού. Τα φυτά C4 - τα οποία αποτελούν μόνο το 3% των ανθοφόρων φυτών - έχουν αναπτύξει ένα εναλλακτικό μέσο φωτοσύνθεσης που τους επιτρέπει να διατηρούν την αποτελεσματικότητά τους, ακόμη και κατά τη διάρκεια του ζεστού καιρού. Σύμφωνα με τον καθηγητή βιολογίας του Harvard John W. Kimball, παρά τον μικρό αριθμό C4 ειδών, πραγματοποιούν το ένα τέταρτο της φωτοσύνθεσης στη γη.
Το κοινό καλαμπόκι επιβιώνει τη θερμότητα και τον λαμπερό ήλιο μέσω της C4 φωτοσύνθεσης.Ζαχαροκάλαμο
Η φωτοσυνθετική αποτελεσματικότητα των περισσότερων φυτών - ο ρυθμός με τον οποίο μετατρέπουν την ελαφριά ενέργεια σε χημική ενέργεια που μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να ενισχύσουν την ανάπτυξη και τις διαδικασίες ζωής - κυμαίνεται μεταξύ 1 και 4%, με τις υψηλότερες τιμές που ανήκουν στις καλλιεργούμενες καλλιέργειες. Το ζαχαροκάλαμο, ένα φυτό C4, επιδεικνύει μια φωτοσυνθετική απόδοση περίπου 7%, ένα από τα υψηλότερα καταγεγραμμένα φυσικά φωτοσυνθετικά επίπεδα απόδοσης στη Γη. Η C4 φωτοσύνθεση, η οποία εξαλείφει μέρος της ενεργειακής απώλειας της φωτοσύνθεσης με διαδικασίες απομόνωσης σε διάφορα μέρη του φυτού, αποδίδει την αποδοτικότητα του ζαχαροκάλαμου. Το ζαχαροκάλαμο αποτελεί παράδειγμα ενός από τα πολλά παραδείγματα φυτών C4 που βρίσκονται στους τροπικούς.
ΖαχαροκάλαμοΚαλαμπόκι
Αν και τα περισσότερα φυτά C4 μεγαλώνουν στις τροπικές περιοχές όπου η σταθερή θερμότητα τους δίνει μια προσαρμοστική άκρη, η πιο γνωστή καλλιέργεια του Δυτικού κόσμου χρησιμοποιεί επίσης τη φωτοσύνθεση C4. Πράγματι, η C4 φωτοσύνθεση αντιπροσωπεύει εν μέρει την επιτυχία του καλαμποκιού ως καλλιέργεια. Σύμφωνα με τους καλλιεργητές σιτηρών του Οντάριο, το καλαμπόκι αποδίδει διπλάσια από αυτά των περισσότερων άλλων καλλιεργειών σιτηρών, ενώ τα φυτά αραβοσίτου παράγουν επίσης διπλάσια νέα ανάπτυξη ετησίως από το μέσο εύκρατο δάσος. Καθώς οι άλλες καλλιέργειες υποχωρούν κάτω από τις μακριές μέρες και την υψηλή θερμότητα του καλοκαιριού που καταρρίπτει την ικανότητά τους να συνθέτουν ενέργεια για τον εαυτό τους, η C4 φωτοσύνθεση επιτρέπει στο καλαμπόκι να συνεχίσει την αποδοτική παραγωγή ενέργειας, επιτρέποντας στα φυτά να αναπτυχθούν και να ευδοκιμήσουν ακόμα και στις πιο δύσκολες συνθήκες.
Καλαμπόκι
Κάκτος
Τα περισσότερα εργοστάσια C4 λειτουργούν με την απομόνωση φωτοσυνθετικών διεργασιών σε διάφορα μέρη του φυτού όπου η υψηλή θερμότητα δεν μπορεί να προκαλέσει ανεπάρκειες. Οι κάκτοι, ωστόσο, ανήκουν σε μια ομάδα φυτών C4 που ονομάζονται φυτά CAM που χρησιμοποιούν μια μορφή C4 φωτοσύνθεσης που εκτελεί φωτοσυνθετικές διεργασίες σε διαφορετικές ώρες της ημέρας προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η απόδοση και να ελαχιστοποιηθεί η απώλεια νερού. Τη νύχτα, οι κάκτοι ανοίγουν τους πόρους στα φύλλα τους που επιτρέπουν στο διοξείδιο του άνθρακα - απαραίτητο συστατικό για τη φωτοσύνθεση - να εισέλθει. Εάν ανοίξουν κατά τη διάρκεια της ημέρας, αυτοί οι πόροι επίσης ευθύνονται για μεγάλες απώλειες νερού, καθώς το νερό τους εξατμίζεται. Τη νύχτα, οι απώλειες νερού είναι ελάχιστες. Οι κάκτοι υποβάλλονται στο C4 φωτοσυνθετικό μονοπάτι και αποθηκεύουν τα προϊόντα στις κυψέλες τους. Καθώς ο ήλιος αυξάνεται και οι θερμοκρασίες κλιμακώνονται, οι κάκτοι κλείνουν τους πόρους στο φύλλωμα και, χρησιμοποιώντας τα αποθηκευμένα προϊόντα C4, ολοκληρώνουν τη διαδικασία φωτοσύνθεσης.
Κάκτος
