هناك العديد من الآليات في العمل وراء تحمل الجفاف في النباتات ، ولكن مجموعة واحدة من النباتات تمتلك طريقة الاستفادة مما يسمح لها أن تعيش في ظروف منخفضة المياه وحتى في المناطق القاحلة من العالم مثل صحراء. تسمى هذه النباتات نباتات التمثيل الغذائي لحمض Crassulacean ، أو نباتات CAM. والمثير للدهشة أن أكثر من 5٪ من جميع أنواع النباتات الوعائية تستخدم CAM كمسار للتركيب الضوئي ، وقد يظهر البعض الآخر نشاط CAM عند الحاجة. إن الطبابة البديلة ليست متغيرًا بديلًا للكيمياء الحيوية ، بل هي آلية تمكن نباتات معينة من البقاء في مناطق الجفاف. في الواقع ، قد يكون التكيف البيئي.
أمثلة على نباتات CAM ، بالإضافة إلى الصبار المذكور أعلاه (عائلة Cactaceae) ، هي الأناناس (عائلة Bromeliaceae) والأغاف (عائلة Agavaceae) ، وحتى بعض الأنواع من بيلارجونيوم (إبرة الراعي). العديد من بساتين الفاكهة هي نباتات نباتية ، وكذلك نباتات CAM ، لأنها تعتمد على جذورها الهوائية لامتصاص الماء.
تاريخ واكتشاف نباتات CAM
بدأ اكتشاف نباتات CAM بطريقة غير معتادة عندما اكتشف الرومان أن بعض النباتات تذوق الأوراق المستخدمة في وجباتهم الغذائية المريرة إذا تم حصادها في الصباح ، لكنها لم تكن مريرة جدًا إذا تم قطفها في وقت لاحق اليوم. لاحظ عالم يدعى بنيامين هاين الشيء نفسه في عام 1815 أثناء تذوقه
Bryophyllum calycinum، وهو نبات من عائلة Crassulaceae (ومن هنا جاء اسم "استقلاب حمض Crassulacean" لهذه العملية). لماذا كان يأكل النبات غير واضح ، لأنه يمكن أن يكون سامًا ، لكنه على ما يبدو نجا وحفز البحث حول سبب حدوث ذلك.قبل بضع سنوات ، ومع ذلك ، كتب عالم سويسري يدعى نيكولاس ثيودور دي سوسور كتابًا يسمى يعيد Chimiques sur la Vegetation (البحوث الكيميائية للنباتات). يعتبر أول عالم يوثق وجود CAM ، كما هو كتب عام 1804 أن فسيولوجيا تبادل الغازات في النباتات مثل الصبار تختلف عن تلك الموجودة في النباتات ذات الأوراق الرقيقة.
كيف تعمل نباتات كام
تختلف نباتات CAM عن النباتات "العادية" (تسمى نباتات C3) في كيفية ذلك التمثيل الضوئي. في عملية التمثيل الضوئي الطبيعي ، يتشكل الجلوكوز عندما يكون ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2O) والضوء وإنزيم يسمى تعمل شركة Rubisco معًا على إنتاج الأكسجين والماء وجزيئين كربونيين يحتوي كل منهما على ثلاث ذرات كربون (ومن ثم فإن اسم C3). هذه في الواقع عملية غير فعالة لسببين: مستويات منخفضة من الكربون في الغلاف الجوي وانحدار منخفض لدى Rubisco لثاني أكسيد الكربون. لذلك ، يجب أن تنتج النباتات مستويات عالية من Rubisco "لانتزاع" أكبر قدر ممكن من ثاني أكسيد الكربون. يؤثر غاز الأكسجين (O2) أيضًا على هذه العملية ، لأن أي روبيسكو غير مستخدم يتأكسد بواسطة O2. كلما ارتفعت مستويات غاز الأكسجين في المصنع ، قل روبيسكو. لذلك ، يتم امتصاص أقل من الكربون وتحويله إلى جلوكوز. تتعامل النباتات C3 مع هذا عن طريق الحفاظ على الثغور تفتح خلال النهار من أجل جمع أكبر قدر ممكن من الكربون ، على الرغم من أنها قد تفقد الكثير من الماء (عن طريق النتح) في العملية.
لا يمكن للنباتات في الصحراء ترك ثغورها مفتوحة خلال النهار لأنها ستفقد الكثير من الماء الثمين. على النبات الموجود في بيئة قاحلة أن يحتفظ بكل المياه التي يستطيع! لذا ، يجب أن تتعامل مع التمثيل الضوئي بطريقة مختلفة. تحتاج نباتات CAM إلى فتح الثغور في الليل عندما يكون هناك فرصة أقل لفقدان الماء عن طريق النتح. يمكن للنبات أن يأخذ ثاني أكسيد الكربون ليلاً. في الصباح ، يتكون حمض الماليك من ثاني أكسيد الكربون (تذكر المذاق المر الذي ذكره هاين؟) ، ويتم نزع الحمض من الكربوكسيل (المتحلل) إلى ثاني أكسيد الكربون خلال النهار في ظروف الثغور المغلقة. ثم يصنع ثاني أكسيد الكربون في الكربوهيدرات الضرورية عن طريق دورة كالفين.
البحث الحالي
لا يزال البحث جاريا على التفاصيل الدقيقة للطبابة البديلة ، بما في ذلك تاريخها التطوري وأساسها الجيني. في أغسطس 2013 ، عقدت ندوة حول بيولوجيا نبات C4 و CAM في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، تناولت إمكانية استخدام مصانع الطبابة البديلة لإنتاج المواد الأولية لإنتاج الوقود الحيوي ولزيادة توضيح عملية وتطور كام.