CAM Plants Survival in the Desert

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 lågvattenförhållanden och till och med i torra regioner i världen, som öknen. 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 ovannämnda kaktus (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.

Historia och upptäckten av CAM-växter

Upptäckten av CAM-växter började på ett ganska ovanligt sätt när romare upptäckte att vissa växtlöv som användes i sina dieter smakade bittert om de skördades på morgonen, men inte var så bittera om de skördades senare på dagen. En forskare vid namn Benjamin Heyne märkte samma sak 1815 när han smakade Bryophyllum calycinum, en växt i familjen Crassulaceae (följaktligen namnet "Crassulacean acid metabolism" för denna process). Varför han ätde växten är oklart, eftersom den kan vara giftig, men han överlevde tydligen och stimulerade forskning om varför detta hände.

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 dokumenterade närvaron av CAM, eftersom han skrev 1804 att fysiologin för gasutbyte i växter som kaktus skilde sig från den i tunnbladiga växter.

Hur CAM-växter fungerar

CAM-växter skiljer sig från "vanliga" växter (kallas C3-växter) när de fotosyntetiserar. Vid normal fotosyntes bildas glukos när koldioxid (CO2), vatten (H2O), ljus och ett enzym som kallas Rubisco för att arbeta tillsammans för att skapa syre, vatten och två kolmolekyler som innehåller tre kol vardera (därmed namnet 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 hålla sina tomater 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 nödvändiga kolhydrater via Calvin-cykeln.

Nuvarande forskning

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, där man behandlade möjligheten att använda CAM-växter för råvaror för biobränsleproduktion och för att ytterligare belysa processen och utvecklingen av CAM.