CAM Plants: выживание в пустыне

Существует несколько механизмов, обеспечивающих устойчивость растений к засухе, но одна группа растений обладает использовать это позволяет ему жить в условиях низкой воды и даже в засушливых регионах мира, таких как пустыня. Эти растения называются растениями метаболизма Crassulacean или CAM-растениями. Удивительно, что более 5% всех видов сосудистых растений используют CAM в качестве пути фотосинтеза, а другие могут проявлять активность CAM при необходимости. CAM - это не альтернативный биохимический вариант, а механизм, позволяющий некоторым растениям выживать в засушливых районах. Это может быть экологическая адаптация.

Примерами растений CAM, помимо вышеупомянутого кактуса (семейство Cactaceae), являются ананас (семейство Bromeliaceae), агава (семейство Agavaceae) и даже некоторые виды Пеларгония (герань). Многие орхидеи являются эпифитами, а также CAM-растениями, поскольку они используют свои воздушные корни для поглощения воды.

Открытие CAM-растений началось довольно необычно, когда римляне обнаружили, что некоторые растения листья, использованные в их рационе, имели горький вкус, если собирались утром, но не были такими горькими, если собирать их позже. день. Ученый по имени Бенджамин Хейн заметил то же самое в 1815 году во время дегустации

Однако за несколько лет до этого швейцарский ученый по имени Николай-Теодор де Соссюр написал книгу под названием Результаты Chimiques Sur La Растительность Химические исследования растений. Он считается первым ученым, документирующим присутствие САМ, так как он написал в 1804 году что физиология газообмена у растений, таких как кактус, отличалась от таковой у тонколистных растений.

CAM растения отличаются от «обычных» растений (называемых C3 растения) как они фотосинтезу. При нормальном фотосинтезе глюкоза образуется, когда углекислый газ (CO2), вода (H2O), свет и фермент, называемый Рубиско, чтобы работать вместе, чтобы создать кислород, воду и две молекулы углерода, содержащие по три углерода в каждой (следовательно, имя С3). Это на самом деле неэффективный процесс по двум причинам: низкий уровень углерода в атмосфере и низкое сродство Рубиско к CO2. Следовательно, растения должны производить высокие уровни рубиско, чтобы "захватить" столько СО2, сколько возможно. Кислородный газ (O2) также влияет на этот процесс, потому что любой неиспользованный Rubisco окисляется O2. Чем выше уровень газообразного кислорода в растении, тем меньше в нем Рубиско; следовательно, меньше углерода усваивается и превращается в глюкозу. Растения С3 справляются с этим, сохраняя свои устьица открывайте в течение дня, чтобы собрать как можно больше углерода, даже если в процессе они могут потерять много воды (через испарение).

Растения в пустыне не могут оставлять свои устья открытыми в течение дня, потому что они потеряют слишком много ценной воды. Растение в засушливой среде должно удерживать всю воду, какую только может! Таким образом, он должен иметь дело с фотосинтезом по-другому. Растения САМ должны открывать устьицы ночью, когда вероятность потери воды из-за транспирации меньше. Растение все еще может принимать СО2 ночью. Утром из СО2 образуется яблочная кислота (помните, горький вкус, упомянутый Хейном?), И кислота декарбоксилируется (расщепляется) до СО2 в течение дня в условиях закрытых устьиц. Затем CO2 превращается в необходимые углеводы через Цикл Кальвина.

Исследования все еще проводятся на тонких деталях CAM, включая его эволюционную историю и генетическую основу. В августе 2013 года в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн был проведен симпозиум по биологии растений C4 и CAM, посвященный возможность использования установок САМ для производства сырья для производства биотоплива и для дальнейшего выяснения процесса и эволюции CAM.