Die Antwort der Evolution auf CO2-Mangel: Die C4-Pflanzen

In der Frühgeschichte unseres  Planeten war der CO2 in der Atmosphäre in Prozenten vorhanden, und nicht in ppm (parts per million, also Millionstel). Im Laufe der Jahrmillionen wurde aber das C im Kohlendioxid durch Pflanzen sowie Klein- und Schalentiere gebunden und abgelagert - als fossile Brennstoffe und als Calziumcarbonat am jeweiligen Meeresgrund. Fast das gesamte CO2 der ehemaligen Atmosphäre ist heute gebunden.

(Das können jetzt durchaus Gebirge sein, wie z.B. die Kalkalpen. Wenn wir Kalk brennen oder Zement herstellen, dann binden wir das C im Calziumcarbonat mit Sauerstoff und es entsteht wieder CO2. Wird der Kalk als Kalkfarbe oder Luftkalkmörtel verwendet und fachgerecht gereift, nimmt dieser wiederum C aus dem CO2 auf und wird wieder zum Calziumkarbonat. Sauber gereifte Kalkfarbe ist also wieder daselbe wie der Muschelkalk aus den Gebirgen.)

Wir leben also in einem CO2-armen Zeitalter. Weil Pflanzen aber nicht mehr genug Pflanzenmasse aufbauen konnten, besonders bei hohen Temperaturen, entwickelte die Evolution einen neuen Pflanzentyp: Die C4-Pflanzen. Das sind vor allem Gräser wie Mais, Hirse und Zuckerrohr. Sie können schon ab einem CO2-Gehalt von 10ppm Photosynthese betreiben. Normale C3-Pflanzen können das erst ab einem Gehalt ab 50ppm.

Während der Eiszeiten gab es einen CO2-Gehalt von ca. 200ppm, vor der Industrialisierung ca. 300ppm, und heute haben wir eine Gehalt von ca. 400ppm. Das sind aber nur Durchschnittswerte, lokal können sie auch ganz unterschiedlich sein.

Pflanzen beziehen ihren gesamten Struktur- und Nährstoffgehalt aus dem C des CO2. Je mehr CO2 vorhanden ist, desto besser und schneller wachsen Pflanzen. Deshalb wird in Gewächshäusern der CO2-Gehalt oft angereichert - auf bis zu 1500ppm. Das sind 0,15% und auch für den Menschen in keinster Weise gesundheitsschädlich.

Mehr Information über C4-Pflanzen:
https://de.wikipedia.org/wiki/C4-Pflanze

Hier noch ein interessanter Auszug aus:
http://www.chemie.de/lexikon/C4-Pflanze.html

Ökonomische und ökologische Aspekte

C4-Pflanzen sind den meisten C3-Pflanzen insofern überlegen, als sie CO₂ und Wasser ökonomischer nutzen können: (WUE water-use-efficiency)

• Während C4-Pflanzen zur Bildung von 1 g Trockenmasse 230–250 ml Wasser benötigen, liegt der Bedarf für C3-Pflanzen zwei bis dreimal so hoch.
  • Überlegene Wachstumsraten zeigt das Chinaschilf, das aus diesem Grunde Interesse für die Produktion von Biomasse für die Energiegewinnung gefunden hat: Unter günstigen Voraussetzungen lassen sich bis zu 45 Tonnen Trockenmasse je Hektar und Jahr ernten.
• Die optimale Wachstumstemperatur liegt zwischen 30 und 45 °C, für C3-Pflanzen dagegen bei 15–25 °C.
• Wachsende Aufmerksamkeit gewinnen auch tropische C4-Futtergräser, die mit Stickstoff bindenden Bakterien vergesellschaftet sind und somit kaum einer Zusatzdüngung bedürfen.
• Obwohl zu den Gräsern gehörend, ist Reis keine C4-Pflanze. Um die Erträge zu steigern, gab man ihm die Genausstattung vom Mais und verzeichnete Ertragssteigerungen von bis zu 35 Prozent.

In den letzten dreißig Jahren ist eine Ausbreitung von C4-Pflanzen auch auf warmen, sonnigen Standorten in Mitteleuropa zu beobachten. Zumeist handelt es sich um hirseartige Gräser und Fuchsschwanzarten. Deren Ausbreitung wird zumindest bisher nicht als Gefahr für die heimische Flora gewertet.