CAM-planter: Survival in the Desert

Det er flere mekanismer i arbeid bak tørketoleranse hos planter, men en gruppe planter har en måte å bruke som gjør at den kan leve i lave vannforhold og til og med i tørre regioner i verden som f.eks ørken. Disse plantene kalles Crassulacean acid metabolism plants, eller CAM-planter. Overraskende nok bruker over 5% av alle vaskulære plantearter CAM som sin fotosyntetiske vei, og andre kan utvise CAM-aktivitet når det er nødvendig. CAM er ikke en alternativ biokjemisk variant, men snarere en mekanisme som gjør det mulig for visse planter å overleve i tørke områder. Det kan faktisk være en økologisk tilpasning.

Eksempler på CAM-planter, foruten nevnte kaktus (familie Cactaceae), er ananas (familie Bromeliaceae), agave (familie Agavaceae), og til og med noen arter av Pelargonium (pelargoniene). Mange orkideer er epifytter og også CAM-planter, da de er avhengige av deres antennede røtter for vannabsorpsjon.

Oppdagelsen av CAM-planter ble påbegynt på en ganske uvanlig måte da romere oppdaget at noen planter blader som ble brukt i dietten smakte bittert hvis de ble høstet om morgenen, men var ikke så bitre hvis de ble høstet senere i dagen. En forsker ved navn Benjamin Heyne la merke til det samme i 1815 mens han smakte

Noen år før skrev en sveitsisk forsker ved navn Nicholas-Theodore de Saussure imidlertid en bok som heter Recherches Chimiques sur la Vegetation (Kjemisk forskning om planter). Han regnes som den første forskeren som dokumenterer tilstedeværelsen av CAM, som han skrev i 1804 at fysiologien til gassutveksling i planter som kaktusen skilte seg fra den i tynnbladerte planter.

CAM-planter skiller seg fra "vanlige" planter (kalt C3 planter) i hvordan de photo. Ved normal fotosyntese dannes glukose når karbondioksid (CO2), vann (H2O), lys og et enzym kalt Rubisco jobber sammen for å lage oksygen, vann og to karbonmolekyler som inneholder tre karbon hver (derav navn C3). Dette er faktisk en ineffektiv prosess av to grunner: lave nivåer av karbon i atmosfæren og lav affinitet Rubisco har for CO2. Derfor må planter produsere høye nivåer av Rubisco for å "ta tak i" så mye CO2 som det kan. Oksygengass (O2) påvirker også denne prosessen, fordi all ubrukt Rubisco oksideres av O2. Jo høyere oksygengassnivåer er i anlegget, jo mindre er Rubisco; derfor blir mindre karbon assimilert og gjort til glukose. C3-planter takler dette ved å beholde sine stomata åpent i løpet av dagen for å samle så mye karbon som mulig, selv om de kan miste mye vann (via transpirasjon) i prosessen.

Planter i ørkenen kan ikke la stomata være åpen om dagen, fordi de vil miste for mye verdifullt vann. En plante i et tørt miljø må holde på alt vannet det kan! Så det må takle fotosyntesen på en annen måte. CAM-planter må åpne stomaten om natten når det er mindre sjanse for vanntap via transpirasjon. Anlegget kan fortsatt ta inn CO2 om natten. Om morgenen dannes eddiksyre fra CO2 (husk den bitre smaken Heyne nevnte?), Og syren dekarboksyleres (brytes ned) til CO2 i løpet av dagen under lukkede tomater. CO2 blir deretter gjort til nødvendige karbohydrater via Calvin syklus.

Det forskes fortsatt på de fine detaljene til CAM, inkludert dens evolusjonshistorie og genetiske grunnlag. I august 2013 ble det holdt et symposium om C4 og CAM plantebiologi ved University of Illinois i Urbana-Champaign, med adresse muligheten for bruk av CAM-planter for råstoff for biodrivstoffproduksjon og for å belyse prosessen og utviklingen av CAM.