CAM-planten overleven in de woestijn

Er zijn verschillende mechanismen aan het werk achter droogtetolerantie in planten, maar een groep planten beschikt over een manier om te gebruiken die het mogelijk maakt om te leven in omstandigheden met weinig water en zelfs in droge gebieden van de wereld zoals de woestijn. Deze planten worden Crassulacean-zuurmetabolismeplanten of CAM-planten genoemd. Verrassend genoeg gebruikt meer dan 5% van alle vasculaire plantensoorten CAM als hun fotosynthetische route, en anderen kunnen CAM-activiteit vertonen indien nodig. CAM is geen alternatieve biochemische variant, maar eerder een mechanisme waarmee bepaalde planten in droogte gebieden kunnen overleven. Het kan in feite een ecologische aanpassing zijn.

Voorbeelden van CAM-planten, naast de eerder genoemde cactus (familie Cactaceae), zijn ananas (familie Bromeliaceae), agave (familie Agavaceae) en zelfs sommige soorten Pelargonium (de geraniums). Veel orchideeën zijn epifyten en ook CAM-planten, omdat ze vertrouwen op hun luchtwortels voor waterabsorptie.

Geschiedenis en ontdekking van CAM-planten

De ontdekking van CAM-planten was op een nogal ongebruikelijke manier begonnen toen Romeinse mensen ontdekten dat sommige plantenbladeren die in hun voeding werden gebruikt bitter smaken als ze in de ochtend werden geoogst, maar niet zo bitter waren als ze later op de dag werden geoogst. Een wetenschapper genaamd Benjamin Heyne merkte hetzelfde op in 1815 tijdens het proeven Bryophyllum calycinum, een plant in de Crassulaceae-familie (vandaar de naam "Crassulacean-zuurmetabolisme" voor dit proces). Waarom hij de plant aan het eten was, is onduidelijk, omdat het giftig kan zijn, maar hij heeft blijkbaar het onderzoek overleefd en gestimuleerd waarom dit gebeurde.

Een paar jaar eerder schreef een Zwitserse wetenschapper genaamd Nicholas-Theodore de Saussure een boek met de naam Recherches Chimiques sur la Vegetation (Chemisch onderzoek van planten). Hij wordt beschouwd als de eerste wetenschapper die de aanwezigheid van CAM documenteert, zoals hij in 1804 schreef dat de fysiologie van gasuitwisseling in planten zoals de cactus verschilde van die in dunbladige planten.

Hoe CAM-planten werken

CAM-planten verschillen van "gewone" planten (C3-planten genoemd) in de manier waarop ze fotosynthetiseren. Bij normale fotosynthese wordt glucose gevormd wanneer koolstofdioxide (CO2), water (H2O), licht en een enzym genaamd Rubisco samenwerken om zuurstof, water en twee koolstofmoleculen te maken die elk drie koolstofatomen bevatten (vandaar de naam C3). . Dit is eigenlijk een inefficiënt proces om twee redenen: lage niveaus van koolstof in de atmosfeer en de lage affiniteit die Rubisco heeft voor CO2. Daarom moeten planten grote hoeveelheden Rubisco produceren om zoveel mogelijk CO2 te "pakken". Zuurstofgas (O2) beïnvloedt ook dit proces, omdat ongebruikte Rubisco door O2 wordt geoxideerd. Hoe hoger het zuurstofgasniveau in de fabriek, hoe minder Rubisco er is; daarom wordt minder koolstof geassimileerd en omgezet in glucose. C3-planten gaan hiermee om door hun huidmondjes overdag open te houden om zoveel mogelijk koolstof te verzamelen, ook al kunnen ze daarbij veel water verliezen (via transpiratie).

Planten in de woestijn kunnen hun huidmondjes overdag niet open laten omdat ze te veel waardevol water verliezen. Een plant in een droge omgeving moet zoveel mogelijk water vasthouden! Het moet dus op een andere manier omgaan met fotosynthese. CAM-planten moeten de huidmondjes 's nachts openen wanneer er minder kans is op waterverlies via transpiratie. De plant kan 's nachts nog CO2 opnemen. In de ochtend wordt appelzuur gevormd uit de CO2 (onthoud de bittere smaak die Heyne noemde?), En het zuur wordt gedecarboxyleerd (afgebroken) tot CO2 gedurende de dag onder gesloten huidmondjes. De CO2 wordt vervolgens via de Calvin-cyclus omgezet in de benodigde koolhydraten.

Huidig ​​onderzoek

Er wordt nog steeds onderzoek gedaan naar de fijne details van CAM, inclusief de evolutionaire geschiedenis en genetische basis. In augustus 2013 werd een symposium over C4- en CAM-plantenbiologie gehouden aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, over de mogelijkheid van het gebruik van CAM-planten voor de productie van biobrandstoffen en om het proces en de evolutie van CAM verder te verduidelijken.