CAM Pflanzen Überleben in der Wüste

Es gibt verschiedene Mechanismen, die hinter der Toleranz gegenüber Trockenheit in Pflanzen stehen, aber eine Gruppe von Pflanzen verfügt über eine Nutzungsmöglichkeit, die es ihr ermöglicht, unter Niedrigwasserbedingungen und sogar in ariden Regionen der Welt wie der Wüste zu leben. Diese Pflanzen werden Crassulacean-Säurestoffwechselpflanzen oder CAM-Pflanzen genannt. Überraschenderweise verwenden mehr als 5% aller vaskulären Pflanzenarten CAM als Photosyntheseweg, und andere können bei Bedarf CAM-Aktivität aufweisen. CAM ist keine alternative biochemische Variante, sondern ein Mechanismus, der es bestimmten Pflanzen ermöglicht, in Trockengebieten zu überleben. Es kann in der Tat eine ökologische Anpassung sein.

Beispiele für CAM-Pflanzen sind neben den oben genannten Kakteen (Familie Cactaceae) Ananas (Familie Bromeliaceae), Agave (Familie Agavaceae) und sogar einige Arten von Pelargonie (die Geranien). Viele Orchideen sind Epiphyten und auch CAM-Pflanzen, da sie sich bei der Wasseraufnahme auf ihre Luftwurzeln stützen.

Geschichte und Entdeckung von CAM-Pflanzen

Die Entdeckung der CAM-Pflanzen begann auf ungewöhnliche Weise, als die Römer entdeckten, dass einige Pflanzenblätter, die in ihrer Ernährung verwendet wurden, bitter schmeckten, wenn sie morgens geerntet wurden, aber nicht so bitter waren, wenn sie später am Tag geerntet wurden. Ein Wissenschaftler namens Benjamin Heyne bemerkte dasselbe im Jahr 1815 während der Verkostung Bryophyllum calycinum, eine Pflanze der Crassulaceae-Familie (daher der Name "Crassulacean-Säurestoffwechsel" für diesen Prozess). Warum er die Pflanze aß, ist unklar, da es giftig sein kann, aber er überlebte offenbar und regte die Forschung an, warum dies geschah.

Ein paar Jahre zuvor jedoch schrieb ein Schweizer Wissenschaftler namens Nicholas-Theodore de Saussure ein Buch mit dem Titel Recherches Chimiques sur la Vegetation (Chemische Pflanzenforschung). Er gilt als der erste Wissenschaftler, der das Vorhandensein von CAM dokumentierte, als er 1804 schrieb, dass sich die Physiologie des Gasaustauschs in Pflanzen wie dem Kaktus von der in dünnblättrigen Pflanzen unterschied.

Funktionsweise von CAM-Anlagen

CAM-Pflanzen unterscheiden sich von "normalen" Pflanzen (C3-Pflanzen genannt) darin, wie sie photosynthetisieren. Bei der normalen Photosynthese wird Glukose gebildet, wenn Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O), Licht und ein Enzym namens Rubisco zusammenarbeiten, um Sauerstoff, Wasser und zwei Kohlenstoffmoleküle mit jeweils drei Kohlenstoffen zu erzeugen (daher der Name C3). . Dies ist aus zwei Gründen ein ineffizienter Prozess: geringe Kohlenstoffkonzentration in der Atmosphäre und geringe Affinität von Rubisco zu CO2. Daher müssen Pflanzen einen hohen Anteil an Rubisco produzieren, um so viel CO2 wie möglich zu "binden". Sauerstoffgas (O2) beeinflusst auch diesen Prozess, da nicht verwendetes Rubisco durch O2 oxidiert wird. Je höher der Sauerstoffgehalt in der Anlage ist, desto weniger Rubisco ist vorhanden. Daher wird weniger Kohlenstoff aufgenommen und in Glucose umgewandelt. C3-Pflanzen bewältigen dies, indem sie tagsüber ihre Stomata offen halten, um so viel Kohlenstoff wie möglich zu sammeln, obwohl sie dabei viel Wasser (durch Transpiration) verlieren können.

Pflanzen in der Wüste können tagsüber ihre Stomata nicht offen lassen, weil sie zu viel wertvolles Wasser verlieren. Eine Pflanze in einer trockenen Umgebung muss alles Wasser festhalten, was sie kann! Es muss also anders mit der Photosynthese umgehen. CAM-Pflanzen müssen die Stomata nachts öffnen, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Wasserverlusts durch Transpiration geringer ist. Die Anlage kann nachts noch CO2 aufnehmen. Am Morgen wird Apfelsäure aus dem CO2 gebildet (erinnern Sie sich an den bitteren Geschmack, den Heyne erwähnt hat?), Und die Säure wird tagsüber unter geschlossenen Stomata-Bedingungen zu CO2 decarboxyliert (abgebaut). Das CO2 wird dann über den Calvin-Kreislauf in die notwendigen Kohlenhydrate umgewandelt.

Aktuelle Forschung

Die feinen Details von CAM, einschließlich der Evolutionsgeschichte und der genetischen Grundlage, werden noch erforscht. Im August 2013 fand an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign ein Symposium über C4- und CAM-Pflanzenbiologie statt, das sich mit der Möglichkeit der Verwendung von CAM-Pflanzen für Rohstoffe zur Herstellung von Biokraftstoffen und der weiteren Aufklärung des Prozesses und der Entwicklung von CAM befasste.