Global photosynthetic capacity is optimized to the environment

Earth system models (ESMs) use photosynthetic capacity, indexed by the maximum Rubisco carboxylation rate (V-cmax), to simulate carbon assimilation and typically rely on empirical estimates, including an assumed dependence on leaf nitrogen determined from soil fertility. In contrast, new theory, based on biochemical coordination and co-optimization of carboxylation and water costs for photosynthesis, suggests that optimal V-cmax can be predicted from climate alone, irrespective of soil fertility. Here, we develop this theory and find it captures 64% of observed variability in a global, field-measured V-cmax dataset for C-3 plants. Soil fertility indices explained substantially less variation (32%). These results indicate that environmentally regulated biophysical constraints and light availability are the first-order drivers of global photosynthetic capacity. Through acclimation and adaptation, plants efficiently utilize resources at the leaf level, thus maximizing potential resource use for growth and reproduction. Our theory offers a robust strategy for dynamically predicting photosynthetic capacity in ESMs.

NATURVETENSKAP Geovetenskap och miljövetenskap Miljövetenskap hsv//swe
NATURAL SCIENCES Earth and Related Environmental Sciences Environmental Sciences hsv//eng
Carbon cycle
Carboxylation
coordination
ecophysiology
electron transport
Jmax
light availability
leaf nitrogen
temperature response
thermal-acclimation
biochemical-model
co2 assimilation
quantum yield
v-cmax
traits
water
conductance

Keenan, T. F. (författare)
Colin Prentice, I. (författare)
Wang, H. (författare)
Wright, I. J. (författare)
Niinemets, U. (författare)
Crous, K. Y. (författare)
Domingues, T. F. (författare)
Guerrieri, R. (författare)
Ishida, F. Y. (författare)
Kattge, J. (författare)
Kruger, E. L. (författare)
Maire, V. (författare)
Rogers, A. (författare)
Serbin, S. P. (författare)
Tarvainen, Lasse,1977Gothenburg University,Göteborgs universitet,Institutionen för biologi och miljövetenskap,Department of Biological and Environmental Sciences(Swepub:gu)xtarla (författare)
Togashi, H. F. (författare)
Townsend, P. A. (författare)
Wang, M. (författare)
Weerasinghe, L. K. (författare)
Zhou, S. X. (författare)
Göteborgs universitetInstitutionen för biologi och miljövetenskap (creator_code:org_t)

Om ämnet

NATURVETENSKAP: NATURVETENSKAP; och Geovetenskap och ...; och Miljövetenskap

Kungliga biblioteket hanterar dina personuppgifter i enlighet med EU:s dataskyddsförordning (2018), GDPR. Läs mer om hur det funkar här.
Så här hanterar KB dina uppgifter vid användning av denna tjänst.