CAM-växter: Överlevnad i öknen

Det finns flera mekanismer som arbetar bakom torktolerans hos växter, men en grupp växter har ett sätt att använda som gör att den kan leva i lågt vattenförhållanden och till och med i torra regioner i världen, t.ex. öken. Dessa växter kallas Crassulacean acid metabolism plants, eller CAM-växter. Överraskande över 5% av alla kärlväxtarter använder CAM som sin fotosyntetiska väg, och andra kan uppvisa CAM-aktivitet vid behov. CAM är inte en alternativ biokemisk variant utan snarare en mekanism som gör det möjligt för vissa växter att överleva i torka områden. Det kan i själva verket vara en ekologisk anpassning.

Exempel på CAM-växter, förutom den ovannämnda kaktusen (familj Cactaceae), är ananas (familj Bromeliaceae), agave (familj Agavaceae) och till och med vissa arter av Pelargonia (pelargonierna). Många orkidéer är epifyter och även CAM-växter, eftersom de förlitar sig på sina antennrötter för vattenabsorption.

Upptäckten av CAM-växter började på ett ganska ovanligt sätt när romare upptäckte att någon planterar blad som använts i deras dieter smakade bittert om de skördades på morgonen, men var inte så bittra om de skördades senare under dagen. En forskare vid namn Benjamin Heyne märkte samma sak 1815 när han smakade

Några år innan skrev emellertid en schweizisk forskare vid namn Nicholas-Theodore de Saussure en bok som heter Undersöker Chimiques sur la Vegetation (Kemisk forskning om växter). Han betraktas som den första forskaren som dokumenterar närvaron av CAM, som han skrev 1804 att fysiologin för gasutbyte i växter som kaktus skilde sig från den i tunnbladiga växter.

CAM-växter skiljer sig från "vanliga" växter (kallas C3-växter) i hur de fotosyntes. Vid normal fotosyntes bildas glukos när koldioxid (CO2), vatten (H2O), ljus och ett enzym som kallas Rubisco arbetar tillsammans för att skapa syre, vatten och två kolmolekyler som innehåller tre kol vardera (följaktligen namn C3). Detta är faktiskt en ineffektiv process av två skäl: låga kolnivåer i atmosfären och den låga affiniteten som Rubisco har för CO2. Därför måste växter producera höga nivåer av Rubisco för att "ta" så mycket koldioxid som det kan. Syregas (O2) påverkar också denna process eftersom alla oanvända Rubisco oxideras av O2. Ju högre syregasnivåer är i anläggningen, desto mindre är Rubisco; därför, desto mindre kol assimileras och görs till glukos. C3-växter hanterar detta genom att behålla sina stomata öppna under dagen för att samla så mycket kol som möjligt, även om de kan förlora mycket vatten (via transpiration) under processen.

Växter i öknen kan inte lämna sin stomata öppen under dagen eftersom de kommer att förlora för mycket värdefullt vatten. En växt i en torr miljö måste hålla fast vid allt vatten som den kan! Så det måste hantera fotosyntes på ett annat sätt. CAM-växter måste öppna stomaten på natten när det finns mindre risk för vattenförlust via transpiration. Anläggningen kan fortfarande ta in CO2 på natten. På morgonen bildas äppelsyra från CO2 (kom ihåg den bittera smaken Heyne nämnde?), Och syran dekarboxyleras (nedbryts) till CO2 under dagen under stängda stomatförhållanden. CO2 görs sedan till de nödvändiga kolhydraterna via Calvin cykel.

Forskning bedrivs fortfarande om de fina detaljerna i CAM, inklusive dess evolutionära historia och genetiska grund. I augusti 2013 hölls ett symposium om C4- och CAM-växtbiologi vid University of Illinois i Urbana-Champaign, med adress möjligheten att använda CAM-växter för råvaror för biobränsleproduktion och för att ytterligare belysa processen och utvecklingen av KAM.