Istnieje kilka mechanizmów działania na tolerancję susz w roślinach, ale jedna grupa roślin ma na to sposób wykorzystać, co pozwala mu żyć w warunkach niskiej wody, a nawet w suchych regionach świata, takich jak pustynia. Rośliny te nazywane są roślinami metabolizującymi kwas krassulaceanowy lub roślinami CAM. Nieoczekiwanie ponad 5% wszystkich gatunków roślin naczyniowych wykorzystuje CAM jako szlak fotosyntezy, a inne mogą wykazywać aktywność CAM w razie potrzeby. CAM nie jest alternatywnym wariantem biochemicznym, ale raczej mechanizmem umożliwiającym niektórym roślinom przetrwanie w suchych obszarach. W rzeczywistości może to być adaptacja ekologiczna.
Przykładami roślin CAM oprócz wspomnianego kaktusa (rodzina Cactaceae) są ananas (rodzina Bromeliaceae), agawa (rodzina Agavaceae), a nawet niektóre gatunki Pelargonia (pelargonie). Wiele storczyków to epifity, a także rośliny CAM, ponieważ polegają na swoich korzeniach powietrznych do wchłaniania wody.
Historia i odkrycie roślin CAM
Odkrycie roślin CAM rozpoczęło się w dość nietypowy sposób, gdy Rzymian odkrył, że niektóre rośliny liście użyte w ich diecie smakowały gorzko, jeśli zebrano je rano, ale nie były tak gorzkie, jeśli zebrano je później dzień. Naukowiec o nazwisku Benjamin Heyne zauważył to samo w 1815 r. Podczas degustacji
Bryophyllum calycinum, roślina z rodziny Crassulaceae (stąd nazwa „metabolizm kwasu Crassulacean” dla tego procesu). Dlaczego zjadł tę roślinę, nie jest jasne, ponieważ może być trująca, ale najwyraźniej przeżył i stymulował badania naukowe, dlaczego tak się dzieje.Jednak kilka lat wcześniej szwajcarski naukowiec Nicholas-Theodore de Saussure napisał książkę pod tytułem Recherches Chimiques sur la Vegetation (Badania chemiczne roślin). Uważany jest za pierwszego naukowca, który udokumentował obecność CAM, tak jak on napisał w 1804 roku że fizjologia wymiany gazowej u roślin takich jak kaktus różni się od fizjologii u roślin o cienkich liściach.
Jak działają rośliny CAM
Rośliny CAM różnią się od roślin „zwykłych” (tzw Rośliny C3) w jaki sposób fotosynteza. W normalnej fotosyntezie glukoza powstaje, gdy dwutlenek węgla (CO2), woda (H2O), światło i enzym zwany Rubisco ma współpracować w celu stworzenia tlenu, wody i dwóch cząsteczek węgla zawierających po trzy węgle (stąd, nazwa C3). Jest to faktycznie nieefektywny proces z dwóch powodów: niskiego poziomu węgla w atmosferze i niskiego powinowactwa, jakie Rubisco ma do CO2. Dlatego zakłady muszą produkować wysokie poziomy Rubisco, aby „złapać” jak najwięcej CO2. Tlen gazowy (O2) również wpływa na ten proces, ponieważ każdy nieużywany Rubisco jest utleniany przez O2. Im wyższe są poziomy tlenu w instalacji, tym mniej jest Rubisco; dlatego mniej węgla jest asymilowane i przekształcane w glukozę. Rośliny C3 radzą sobie z tym, zachowując swoje szparki otwierają się w ciągu dnia, aby zebrać jak najwięcej węgla, mimo że mogą stracić dużo wody (poprzez transpirację) w procesie.
Rośliny na pustyni nie mogą pozostawić otwartych aparatów szparkowych w ciągu dnia, ponieważ stracą zbyt wiele cennej wody. Roślina w suchym środowisku musi trzymać się całej dostępnej wody! Musi więc zajmować się fotosyntezą w inny sposób. Rośliny CAM muszą otwierać aparaty szparkowe w nocy, gdy istnieje mniejsze ryzyko utraty wody przez transpirację. Roślina nadal może przyjmować CO2 w nocy. Rano powstaje kwas jabłkowy z CO2 (pamiętasz gorzki smak, o którym wspomniał Heyne?), A kwas dekarboksyluje się (rozkłada) do CO2 w ciągu dnia w zamkniętych aparatach szparkowych. CO2 jest następnie przekształcany w niezbędne węglowodany za pośrednictwem Cykl Calvina.
Obecne badania
Nadal trwają badania nad drobnymi szczegółami CAM, w tym jego ewolucyjną historią i podłożem genetycznym. W sierpniu 2013 r. Na University of Illinois w Urbana-Champaign odbyło się sympozjum poświęcone biologii roślin C4 i CAM możliwość wykorzystania instalacji CAM do produkcji surowców do produkcji biopaliw oraz dalszego wyjaśnienia procesu i ewolucji KRZYWKA.