ישנם כמה מנגנונים העובדים מאחורי סובלנות הבצורת בצמחים, אולם קבוצה אחת של צמחים היא בעלת דרך להשתמש בו המאפשר לו לחיות בתנאי מים נמוכים ואפילו באזורים צחיחים בעולם כמו למשל מדבר. צמחים אלה נקראים צמחי מטבוליזם של חומצה Crassulacean, או צמחי CAM. באופן מפתיע, למעלה מ- 5% מכל מיני הצמחים בכלי הדם משתמשים ב CAM כנתיב הפוטוסינתטי שלהם, ואחרים עשויים להציג פעילות CAM בעת הצורך. CAM אינו גרסה ביוכימית אלטרנטיבית אלא מנגנון המאפשר לצמחים מסוימים לשרוד באזורים יבשים. זה יכול להיות, למעשה, התאמה אקולוגית.
דוגמאות לצמחי CAM, מלבד הקקטוס הנזכר (Cactaceae המשפחתי), הן אננס (משפחת Bromeliaceae), אגבה (Agavaceae משפחתית), ואפילו כמה מינים של פלרגוניום (הגרניום). סחלבים רבים הם אפיפיטים וגם צמחי CAM, מכיוון שהם מסתמכים על שורשי האוויר שלהם לספיגת מים.
היסטוריה וגילוי של צמחי CAM
גילוי צמחי CAM החל באופן די יוצא דופן כאשר אנשים רומאים גילו שיש צמח עלים ששימשו בתזונה שלהם טעמו מר אם נקצרו בבוקר, אך לא היו כל כך מרירים אם נקצרו בהמשך היום. מדען בשם בנימין היין הבחין באותו הדבר בשנת 1815 בזמן הטעימה Bryophyllum calycinum
, צמח ממשפחת Crassulaceae (מכאן, השם "מטבוליזם של חומצה Crassulacean" לתהליך זה). מדוע הוא אכל את הצמח אינו ברור, מכיוון שהוא יכול להיות רעיל, אך ככל הנראה הוא שרד והמרץ את המחקר מדוע זה קורה.אולם כמה שנים לפני כן, מדען שוויצרי בשם ניקולס-תיאודור דה סוסור כתב ספר בשם חיפושים Chimiques sur la Vegetation (מחקר כימי של צמחים). הוא נחשב למדען הראשון שתיעד את נוכחותה של CAM, כמוהו כתב בשנת 1804 שהפיזיולוגיה של חילופי גזים בצמחים כמו הקקטוס שונה מזו בצמחים בעלי עלים דקים.
איך עובדות צמחי CAM
צמחי CAM נבדלים מצמחים "רגילים" (נקראים צמחי C3) איך הם פוטוסינתזה. בפוטוסינתזה רגילה, גלוקוז נוצר כאשר פחמן דו חמצני (CO2), מים (H2O), אור ואנזים הנקרא רוביסקו יעבוד יחד כדי ליצור חמצן, מים ושתי מולקולות פחמן המכילות שלוש פחמימות כל אחת (ומכאן, ה- שם C3). זהו למעשה תהליך לא יעיל משתי סיבות: רמות נמוכות של פחמן באטמוספרה והזיקה הנמוכה שיש לרוביסקו ל- CO2. לפיכך, על הצמחים לייצר רמות גבוהות של רוביסקו כדי "לתפוס" כמה שיותר CO2. גז חמצן (O2) משפיע גם הוא על תהליך זה, מכיוון שכל רוביסו שאינו בשימוש מתחמצן על ידי O2. ככל שרמות גז החמצן גבוהות יותר במפעל, כך יש פחות רוביסקו; לפיכך, פחות נטמע פחמן הופך לגלוקוז. מפעלי C3 מתמודדים עם זה על ידי שמירה על שלהם סטומטה נפתח במהלך היום על מנת לאסוף כמה שיותר פחמן, למרות שהם יכולים לאבד הרבה מים (באמצעות מעבר) בתהליך.
צמחים במדבר לא יכולים להשאיר את העגבניות שלהם פתוחות במהלך היום מכיוון שהם יאבדו יותר מדי מים בעלי ערך. צמח בסביבה צחיחה צריך לאחוז בכל המים שהם יכולים! אז זה חייב להתמודד עם פוטוסינתזה בצורה אחרת. צמחי CAM צריכים לפתוח את העגבניות בלילה כאשר יש פחות סיכוי לאובדן מים באמצעות מעבר. הצמח עדיין יכול לקחת CO2 בלילה. בבוקר נוצרת חומצה מאלית מה- CO2 (זוכרים את הטעם המר שהיין הזכיר?), והחומצה מפורקת (מתפרקת) ל- CO2 במהלך היום בתנאי עגבניות סגורים. לאחר מכן, CO2 נוצר לפחמימות הנחוצות באמצעות מחזור קלווין.
המחקר הנוכחי
מחקרים עדיין נערכים על הפרטים הקטנים של CAM, כולל ההיסטוריה האבולוציונית והבסיס הגנטי שלה. באוגוסט 2013 נערך באוניברסיטת אילינוי, אורבנה-שמפיין, סימפוזיון בנושא ביולוגיה צמחית C4 ו- CAM. אפשרות לשימוש במפעלי CAM לייצור מזון דלק ביולוגי וכדי להבהיר את התהליך ואת ההתפתחות של מצלמה.