CAM растения: оцеляване в пустинята

Има няколко механизма на работа зад устойчивостта на суша в растенията, но една група растения притежава начин да се използва, което му позволява да живее в нисководни условия и дори в сухи райони на света, като например пустинен. Тези растения се наричат ​​растения за метаболизъм на Crassulacean или CAM растения. Изненадващо, над 5% от всички съдови растителни видове използват САМ като своя фотосинтетичен път, а други могат да проявяват CAM активност, когато е необходимо. CAM не е алтернативен биохимичен вариант, а по-скоро механизъм, позволяващ на някои растения да оцелеят в засушените райони. Всъщност това може да бъде екологична адаптация.

Примери за CAM растения, освен гореспоменатите кактуси (семейство Cactaceae), са ананас (семейство Bromeliaceae), агаве (семейство Agavaceae) и дори някои видове мушкато (здравецът). Много орхидеи са епифити, а също и CAM растения, тъй като разчитат на въздушните си корени за поглъщане на вода.

Откриването на CAM растенията е започнало по доста необичаен начин, когато римските хора са открили това растение листата, използвани в диетите им, са имали горчив вкус, ако са били събрани сутрин, но не са били толкова горчиви, ако са събрани по-късно през Денят. Учен на име Бенджамин Хейн забеляза същото през 1815 г., докато дегустираше

Няколко години преди това обаче швейцарски учен на име Никола-Теодор де Сосюре написа книга, наречена Recherches Chimiques sur la Vegetation (Химически изследвания на растенията). Той се счита за първият учен, който документира наличието на CAM, както и той пише през 1804г че физиологията на обмяната на газове в растения като кактуса се различава от тази при растенията с тънък лист.

CAM растенията се различават от "обикновените" растения (т.нар C3 растения) в как те фотосинтезират. При нормална фотосинтеза глюкозата се образува, когато въглероден диоксид (CO2), вода (H2O), светлина и ензим, наречен Rubisco да работи заедно, за да създаде кислород, вода и две въглеродни молекули, съдържащи три въглерода всяка (оттам и име C3). Това всъщност е неефективен процес по две причини: ниски нива на въглерод в атмосферата и нискоафинитет, които Rubisco има към CO2. Следователно растенията трябва да произвеждат високи нива на Rubisco, за да „грабнат“ възможно най-много CO2. Кислородният газ (O2) също влияе върху този процес, тъй като всеки неизползван Rubisco се окислява от O2. Колкото по-високи са нивата на кислородния газ в растението, толкова по-малко има Rubisco; следователно, по-малко въглерод се асимилира и се превръща в глюкоза. C3 растенията се справят с това, като запазват своите устицата отворете през деня, за да съберете колкото е възможно повече въглерод, въпреки че те могат да загубят много вода (чрез транспирация) в процеса.

Растенията в пустинята не могат да оставят стомасите си отворени през деня, защото ще загубят твърде много ценна вода. Едно растение в суха среда трябва да задържи цялата вода, която може! Така че, тя трябва да се справи с фотосинтезата по различен начин. CAM растенията трябва да отварят стомасите през нощта, когато има по-малък шанс за загуба на вода чрез транспирация. Растението все още може да приема CO2 през нощта. Сутрин от CO2 се образува ябълчена киселина (спомняте ли горчивия вкус, споменат от Хейн?), А киселината се декарбоксилира (разгражда се) до CO2 през деня при условия на затворени устни. След това CO2 се превръща в необходимите въглехидрати чрез Цикъла на Калвин.

Все още се правят изследвания върху фините детайли на CAM, включително неговата еволюционна история и генетична основа. През август 2013 г. в Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн се проведе симпозиум по биология на растенията C4 и CAM, на адрес възможността за използване на CAM инсталации за суровини за производство на биогорива и по-нататъшно изясняване на процеса и развитието на CAM.