光合成は、水、二酸化炭素（CO2）、太陽エネルギーを使用して糖を合成するプロセスです。 それは多くの植物、藻類、バクテリアによって実行されます。 植物や藻類では、光合成は葉緑体と呼ばれる細胞の特別な部分で起こります。 葉と茎にあります。 ほとんどの植物はC3光合成として知られていることを実行しますが、高温環境に適応した植物はC4光合成として知られている修正された形式を実行します。
C4光合成
このタイプの光合成では、環境CO2は最初に葉肉として知られる細胞の4炭素酸に組み込まれます。 これらの酸は、バンドルシース細胞として知られている他の細胞に輸送されます。 これらの細胞では、反応が逆転し、CO2が放出され、その後、通常の（C3）光合成経路で使用されます。 3炭素化合物へのCO2の取り込みは、Rubiscoとして知られる酵素によって触媒されます。
C4光合成の利点
高温で乾燥した環境では、C4光合成はC3光合成よりも効率的です。 これは2つの理由によるものです。 1つ目は、システムが光呼吸を受けないことです。これは、光合成に逆行するプロセスです（以下を参照）。 2つ目は、植物が毛穴を長時間閉じたままにして、水分の損失を防ぐことができるということです。
光呼吸
これは、成長する砂糖にCO2を加える代わりに、ルビスコが酸素を加えるプロセスです。 光合成が速く行われている状況（高温、高レベルの光、またはその両方）では、利用可能なO2が非常に多いため、この反応が重大な問題になります。 C4植物は、葉の関連部分（維管束鞘細胞）に高濃度のCO2を維持することにより、この問題を解決します。
水の損失
植物は、気孔と呼ばれる細孔を介して、環境とガス、CO2およびO2を交換します。 気孔が開いていると、CO2が拡散して光合成に使用され、O2が拡散して光合成の生成物が拡散する可能性があります。 しかし、気孔が開いていると、蒸散によって植物も水分を失い、この問題は暑くて乾燥した気候で強化されます。 C4光合成を行う植物は、CO2の取り込みがより効率的であるため、C3同等物よりも気孔を閉じたままにすることができます。 これにより、水の損失が最小限に抑えられます。
短所
C4光合成は、暑くて乾燥した気候では明らかに有利ですが、これは涼しく湿った気候では当てはまりません。 これは、C4光合成がより複雑であるためです。つまり、より多くのステップがあり、特殊な解剖学的構造が必要です。 このため、光呼吸や水分喪失が重大な問題でない限り、C3光合成はより効果的です。 これが、大多数の植物がC3光合成を行う理由です。