Plante CAM: supraviețuire în deșert

Există mai multe mecanisme de lucru în spatele toleranței la secetă la plante, dar un grup de plante posedă un mod a folosi care îi permite să trăiască în condiții de apă scăzută și chiar în regiuni aride ale lumii, cum ar fi deşert. Aceste plante se numesc plante de metabolizare a acidului Crassulacean sau plante CAM. Surprinzător, peste 5% din toate speciile de plante vasculare folosesc CAM ca cale fotosintetică, iar altele pot manifesta activitate CAM atunci când este nevoie. CAM nu este o variantă biochimică alternativă, ci mai degrabă un mecanism care permite anumitor plante să supraviețuiască în zone secetoase. Poate fi, de fapt, o adaptare ecologică.

Exemple de plante CAM, pe lângă cactusul menționat mai sus (familia Cactaceae), sunt ananasul (familia Bromeliaceae), agave (familia Agavaceae) și chiar unele specii de Muşcată (geraniile). Multe orhidee sunt epifite și, de asemenea, plante CAM, deoarece se bazează pe rădăcinile lor aeriene pentru absorbția apei.

Descoperirea plantelor CAM a fost începută într-o manieră destul de neobișnuită când oamenii romani au descoperit că unele plante frunzele utilizate în alimentația lor aveau un gust amar dacă sunt recoltate dimineața, dar nu erau atât de amare dacă sunt recoltate mai târziu ziua. Un om de știință pe nume Benjamin Heyne a observat același lucru în 1815 în timp ce gusta Bryophyllum calycinum, o plantă din familia Crassulaceae (de aici, denumirea de „metabolizarea acidului Crassulacean” pentru acest proces). De ce a mâncat planta nu este clar, deoarece poate fi otrăvitoare, dar aparent a supraviețuit și a stimulat cercetarea cu privire la motivul pentru care se întâmpla acest lucru.

Cu câțiva ani înainte, însă, un om de știință elvețian pe nume Nicholas-Theodore de Saussure a scris o carte numită Recherches Chimiques sur la Vegetation (Cercetarea chimică a plantelor). Este considerat primul om de știință care a documentat prezența CAM, așa cum el a scris în 1804 că fiziologia schimbului de gaze în plante precum cactusul diferă de cea din plantele cu frunze subțiri.

Plantele CAM diferă de plantele „obișnuite” Plante C3) în modul în care fotosinteză. În fotosinteza normală, glucoza se formează atunci când dioxidul de carbon (CO2), apa (H2O), lumina și o enzimă numită Rubisco să lucreze împreună pentru a crea oxigen, apă și două molecule de carbon care conțin trei atomi de carbon fiecare (prin urmare, nume C3). Acesta este de fapt un proces ineficient din două motive: niveluri scăzute de carbon în atmosferă și afinitatea scăzută pe care Rubisco o are pentru CO2. Prin urmare, plantele trebuie să producă niveluri ridicate de Rubisco pentru a „capta” cât mai mult CO2. Gazul de oxigen (O2) afectează și acest proces, deoarece orice Rubisco neutilizat este oxidat de O2. Cu cât nivelurile de gaz de oxigen sunt mai mari în instalație, cu atât este mai puțin Rubisco; prin urmare, cu atât mai puțin carbon este asimilat și transformat în glucoză. Plantele C3 se ocupă de acest lucru prin păstrarea lor stomată deschis în timpul zilei pentru a aduna cât mai mult carbon posibil, chiar dacă în timpul procesului pot pierde multă apă (prin transpirație).

Plantele din deșert nu își pot lăsa stomacele deschise în timpul zilei, deoarece vor pierde prea multă apă valoroasă. O plantă într-un mediu arid trebuie să țină toată apa pe care o poate! Deci, trebuie să se ocupe de fotosinteză într-un mod diferit. Plantele CAM trebuie să deschidă stomatele noaptea, când există o șansă mai mică de pierdere de apă prin transpirație. Planta poate încă să ia CO2 noaptea. Dimineața, acidul malic se formează din CO2 (vă amintiți de gustul amar Heyne menționat?), Iar acidul este decarboxilat (descompus) la CO2 în timpul zilei, în condiții de stomat închis. CO2 este apoi transformat în carbohidrații necesari prin intermediul Ciclul calvin.

Cercetările sunt încă efectuate cu privire la detaliile fine ale CAM, inclusiv istoricul său evolutiv și fundamentul genetic. În august 2013, a avut loc un simpozion despre biologia plantelor C4 și CAM la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign, adresându-se posibilitatea utilizării instalațiilor CAM pentru materii prime de producție de biocombustibili și pentru a elucida în continuare procesul și evoluția CAM.