Under fotosyntesen använder växter energi från solen för att bilda socker från koldioxid och vatten. När temperaturen stiger blir fotosyntesen emellertid allt ineffektiv i de flesta växter och minskar deras produktivitet drastiskt under varmt väder. C4-växter - som endast utgör 3 procent av blommande växter - har utvecklat ett alternativt fotosyntesmedel som gör att de kan upprätthålla effektivitet, även under varmt väder. Enligt den pensionerade Harvard-biologiprofessorn John W. Kimball, trots det låga antalet C4-arter, utför de en fjärdedel av fotosyntesen på land.
Vanlig majs överlever värme och ljus sol genom C4-fotosyntes.Sockerrör
De flesta plantas fotosyntetiska effektivitet - hastigheten med vilken de omvandlar ljusenergi till kemisk energi som de kan använda för att driva tillväxt och livsprocesser - sträcker sig mellan 1 och 4 procent, med de högre värdena som hör till odlade grödor. Sockerrör, en C4-anläggning, visar en fotosyntetisk effektivitet på cirka 7 procent, en av de högst registrerade naturligt förekommande fotosyntetiska effektivitetsnivåerna på jorden. C4-fotosyntes, som eliminerar en del av energisfallet från fotosyntesen genom att isolera processer i olika delar av anläggningen, står för sockerrörens effektivitet. Sockerrör exemplifierar ett av många exempel på C4-växter som finns i tropikerna.
SockerrörMajs
Även om de flesta C4-växter växer i tropikerna där konstant värme ger dem en anpassningsbar kant, använder västvärldens mest bekanta gröda också C4-fotosyntes. Faktum är att C4-fotosyntes delvis står för majs framgång som gröda. Enligt Grain Farmers of Ontario ger avkastningen av majs dubbelt så mycket som de flesta andra sädgrödor, och majsplanter producerar också dubbelt så mycket ny tillväxt per år som den genomsnittliga tempererade skogen. När andra grödor vacklar under de långa dagarna och hög värme i midsommar som driver ned deras förmåga att syntetisera energi för sig själva, tillåter C4-fotosyntes majs att fortsätta effektiv energiproduktion, vilket gör att växter växer och frodas även under de mest utmanande förhållandena.
Majs
Kaktus
De flesta C4-växter fungerar genom att isolera fotosyntetiska processer i olika delar av anläggningen där hög värme inte kan orsaka ineffektivitet. Kaktus tillhör emellertid en grupp C4-växter som kallas CAM-växter som använder en form av C4-fotosyntes som utför fotosyntetiska processer vid olika tidpunkter på dagen för att maximera effektiviteten och minimera vattenförlusten. På natten öppnar kaktus porerna i bladen som låter koldioxid - en nödvändig ingrediens för fotosyntes - komma in. Om de öppnas under dagen står dessa porer också för stora förluster av vatten, eftersom vatten avdunstar från dem. På natten är vattenförlusterna minimal. Kaktus genomgår C4-fotosyntesvägen och lagrar produkterna i sina celler. När solen stiger och temperaturen eskalerar stänger kaktus porerna i bladverket och genom att använda de lagrade C4-produkterna slutför den fotosyntetiska processen.
Kaktus
