Piante CAM: Sopravvivenza nel deserto

Esistono diversi meccanismi alla base della tolleranza alla siccità nelle piante, ma un gruppo di piante possiede un modo da utilizzare che gli consente di vivere in condizioni di acque basse e anche in regioni aride del mondo come il deserto. Queste piante sono chiamate piante del metabolismo dell'acido crassulacean o piante CAM. Sorprendentemente, oltre il 5% di tutte le specie di piante vascolari utilizza la CAM come via fotosintetica e altre possono esibire attività CAM quando necessario. La CAM non è una variante biochimica alternativa ma piuttosto un meccanismo che consente a determinate piante di sopravvivere in aree siccitose. Potrebbe, in effetti, essere un adattamento ecologico.

Esempi di piante CAM, oltre al suddetto cactus (famiglia Cactaceae), sono l'ananas (famiglia Bromeliaceae), l'agave (famiglia Agavaceae) e persino alcune specie di Pelargonium (i gerani). Molte orchidee sono epifite e anche piante CAM, poiché si basano sulle loro radici aeree per l'assorbimento dell'acqua.

La scoperta delle piante CAM fu iniziata in un modo piuttosto insolito quando i romani scoprirono che alcune piante le foglie utilizzate nelle loro diete avevano un sapore amaro se raccolte al mattino, ma non erano così amare se raccolte più tardi il giorno. Uno scienziato di nome Benjamin Heyne notò la stessa cosa nel 1815 mentre assaggiava Bryophyllum calycinum, una pianta della famiglia delle Crassulaceae (da cui il nome "Metabolismo dell'acido crassulaceo" per questo processo). Il motivo per cui stava mangiando la pianta non è chiaro, dal momento che può essere velenoso, ma apparentemente è sopravvissuto e ha stimolato la ricerca sul perché ciò stesse accadendo.

Qualche anno prima, tuttavia, uno scienziato svizzero di nome Nicholas-Theodore de Saussure aveva scritto un libro intitolato Recherches Chimiques sur la Vegetation (Ricerca chimica delle piante). È considerato il primo scienziato a documentare la presenza di CAM, come lui scritto nel 1804 che la fisiologia dello scambio di gas in piante come il cactus differiva da quella nelle piante a foglie sottili.

Le piante CAM differiscono dalle piante "normali" (chiamate Piante C3) in come photosynthesize. Nella fotosintesi normale, il glucosio si forma quando l'anidride carbonica (CO2), l'acqua (H2O), la luce e un enzima chiamato Rubisco lavora insieme per creare ossigeno, acqua e due molecole di carbonio contenenti tre carboni ciascuna (quindi, il nome C3). Questo è in realtà un processo inefficiente per due motivi: bassi livelli di carbonio nell'atmosfera e bassa affinità che Rubisco ha per la CO2. Pertanto, le piante devono produrre alti livelli di Rubisco per "catturare" quanta più CO2 possibile. Anche l'ossigeno gassoso (O2) influenza questo processo, poiché qualsiasi Rubisco inutilizzato viene ossidato dall'O2. Più alti sono i livelli di ossigeno gassoso nell'impianto, meno Rubisco c'è; pertanto, meno carbonio viene assimilato e trasformato in glucosio. Le piante C3 affrontano questo mantenendo le loro stomi aperto durante il giorno per raccogliere più carbonio possibile, anche se possono perdere molta acqua (attraverso la traspirazione) nel processo.

Le piante nel deserto non possono lasciare gli stomi aperti durante il giorno perché perderanno troppa acqua preziosa. Una pianta in un ambiente arido deve trattenere tutta l'acqua che può! Quindi, deve affrontare la fotosintesi in modo diverso. Le piante CAM devono aprire gli stomi di notte quando c'è meno possibilità di perdita d'acqua attraverso la traspirazione. La pianta può ancora assorbire CO2 durante la notte. Al mattino, l'acido malico si forma dalla CO2 (ricordi il sapore amaro di cui parla Heyne?) E l'acido viene decarbossilato (scomposto) in CO2 durante il giorno in condizioni di stomi chiusi. La CO2 viene quindi trasformata nei carboidrati necessari tramite il Ciclo di Calvin.

Sono ancora in corso ricerche sui minimi dettagli della CAM, compresa la sua storia evolutiva e le sue basi genetiche. Nell'agosto 2013 si è tenuto un simposio sulla biologia delle piante C4 e CAM presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, rivolgendosi a la possibilità di utilizzare impianti CAM per le materie prime per la produzione di biocarburanti e per chiarire ulteriormente il processo e l'evoluzione di CAMERA.