La forma única en que las plantas hacen comida

CAM (Metabolismo Ácido Crassulaceano) es una forma única en que algunas plantas producen alimento a través de un proceso llamado fotosíntesis. Este método les permite recoger dióxido de carbono (CO2) de noche, cuando hace más fresco, lo que les ayuda a ahorrar agua. Esto es especialmente útil para plantas que crecen en áreas secas, como los desiertos.

En un ciclo típico de CAM, las plantas pasan por cuatro etapas diferentes.

1. Fijación de CO2 Nocturna: De noche, las plantas absorben CO2 a través de pequeñas aberturas en sus hojas llamadas estomas. Usan una enzima llamada PEPC para convertir este CO2 en una sustancia que pueden almacenar en sus células.

2. Fijación de CO2 Diurna: Durante el día, cuando sale el sol, los estomas se cierran para evitar la pérdida de agua. La sustancia almacenada se descompone para liberar CO2, que luego se usa para la fotosíntesis por otra enzima llamada Rubisco.

3. A Media Día: A medida que avanza el día y se calienta, las sustancias almacenadas proveen CO2 para la fotosíntesis mientras minimizan la pérdida de agua.

4. Fin del Día: Por la tarde, las plantas vuelven a abrir sus estomas para recoger más CO2 para el día siguiente.

Este método les permite a las plantas sobrevivir en condiciones difíciles, especialmente cuando el agua escasea. La fotosíntesis CAM se ve a menudo en plantas que viven en entornos secos o de gran altitud.

#Tipos de Plantas CAM

Hay dos tipos principales de plantas CAM:

1. Plantas CAM Constitutivas: Estas plantas usan constantemente la fotosíntesis CAM durante todo su ciclo de vida. Practican CAM incluso cuando son jóvenes.

2. Plantas CAM Faculatativas: Estas plantas pueden cambiar entre CAM y otro método de fotosíntesis llamado C3. Normalmente hacen esto cuando enfrentan escasez de agua.

Algunas plantas, como ciertas especies acuáticas, pueden usar CAM para lidiar con bajos niveles de CO2 en sus entornos acuáticos.

En general, se estima que alrededor del 6% de las plantas vasculares (plantas con sistemas similares a la sangre) utilizan CAM.

#Identificación de Plantas CAM

Para saber qué plantas usan CAM, los científicos buscan señales específicas. Una de estas señales es la acumulación de ácidos de noche. Un método común para medir esto es tomar una muestra de la planta y ver qué tan ácida es.

Otra forma es medir la cantidad de una sustancia llamada Malato en diferentes momentos del día. El malato suele ser alto en plantas CAM de noche y más bajo durante el día cuando se consume.

Los científicos también pueden medir cuánto CO2 absorben las plantas al observar cómo interactúan con la luz y el aire. Por ejemplo, pueden analizar cambios en la fluorescencia (luz emitida por las plantas durante la fotosíntesis) para ver qué tan bien están usando el CO2.

Además, los científicos pueden evaluar la estructura y anatomía de las hojas o medir otras características para identificar las plantas CAM.

#Investigación sobre Plantas CAM Específicas

Estudios recientes han descubierto que un tipo de orquídea, Thrixspermum japonicum, usa fotosíntesis CAM en sus hojas pero no en sus raíces. Otra orquídea similar, Taeniophyllum aphyllum, mostró signos de CAM en sus raíces basado en su capacidad para acumular malato y absorber CO2 de noche.

Para confirmar estos hallazgos, los científicos utilizaron un método llamado Modulación de Amplitud de Pulso (PAM) de fluorescencia de clorofila. Cuando probaron las hojas de T. japonicum, descubrieron que al privarlas de CO2, la eficiencia de la fotosíntesis disminuyó en ciertos momentos del día, indicando que la planta depende del CO2 atmosférico para la fotosíntesis.

También observaron resultados similares en las raíces de T. aphyllum, que mostraron que también usan CAM. Sin embargo, las raíces de T. japonicum no mostraron la misma respuesta al CO2.

En su estudio, los científicos también miraron especies de Kalanchoe, que son plantas CAM bien conocidas, para ver cómo reaccionaron a los cambios en los niveles de CO2 durante diferentes momentos del día. También investigaron varias orquídeas de Japón para determinar sus vías de fijación de CO2.

Los investigadores encontraron que G. japonicus, O. japonica y B. inconspicuum también son plantas CAM constitutivas, mientras que B. drymoglossum no mostró signos de actividad CAM.

#Condiciones de Crecimiento para Plantas en Investigación

En sus experimentos, los investigadores cultivaron estas plantas en condiciones controladas para asegurarse de que prosperaran. Monitorearon las condiciones de luz, temperatura y horarios de riego para mantener la salud de las plantas.

K. pinnata y K. daigremontiana se mantuvieron a una temperatura constante de 23 °C y recibieron 10 horas de luz cada día. Se les regó dos veces a la semana.

Para evaluar cómo B. drymoglossum reaccionaba a condiciones secas, los investigadores movieron las plantas de musgo húmedo a seco durante dos días y monitorearon sus respuestas.

Los investigadores también probaron cómo reaccionaron estas plantas a condiciones de alta luz al exponerlas a luz más fuerte de lo habitual.

#Técnica de Análisis CE-PAM

El método utilizado para analizar cómo las plantas responden a los cambios de CO2 se llama análisis CE-PAM.

En este análisis, los científicos colocan las plantas en una cámara especial y ajustan el suministro de aire para ver cómo responde la fotosíntesis cuando se elimina el CO2. Las plantas se iluminan con niveles específicos de luz para medir su eficiencia fotosintética.

En el estudio, se midieron diferentes plantas para comparar cómo reaccionaron bajo distintas condiciones de luz y CO2.

#Medición de Acidez Titulable

Para evaluar la acidez en las plantas de Kalanchoe, los investigadores tomaron muestras tanto de hojas maduras como inmaduras al amanecer y al anochecer. Picaron y procesaron las hojas, luego usaron un método químico para medir cuán ácidas eran.

Los resultados mostraron que las hojas maduras de K. pinnata y K. daigremontiana tenían mayor acidez por la noche, lo que indica que probablemente están utilizando fotosíntesis CAM. Sin embargo, las hojas inmaduras mostraron menos acidez al amanecer, sugiriendo que principalmente usan fotosíntesis C3.

#Resultados del Análisis CE-PAM

Los resultados del análisis CE-PAM revelaron mucho sobre cómo funcionan estas plantas.

Para K. pinnata y K. daigremontiana, las hojas maduras mostraron poco cambio en la eficiencia fotosintética cuando se eliminó el CO2 durante el día, lo que indica que principalmente estaban usando CO2 interno de malato almacenado. En contraste, las hojas inmaduras de estas plantas mostraron cambios significativos en la eficiencia fotosintética en función de la disponibilidad de CO2.

Los investigadores descubrieron que esta respuesta podría ayudar a distinguir entre plantas que usan fotosíntesis C3 y CAM.

El análisis también confirmó que G. japonicus, O. japonica y B. inconspicuum estaban utilizando CAM de manera consistente, mientras que B. drymoglossum aún dependía del CO2 atmosférico para su fotosíntesis.

#Mediciones de Contenido de Malato

Los científicos también midieron el contenido de malato en las hojas en diferentes momentos del día. Encontraron que C. goeringii tenía niveles muy bajos de malato, consistente con su metabolismo C3.

Sin embargo, T. japonicum y las otras plantas CAM mostraron un alto contenido de malato al amanecer, que disminuyó al anochecer a medida que se consumía durante el día. Mientras tanto, B. drymoglossum mantuvo niveles constantes de malato, sugiriendo que no usaba malato para la fotosíntesis.

Estos hallazgos confirmaron los resultados del análisis CE-PAM, mostrando qué plantas realmente operan usando CAM.

#B. drymoglossum y sus Características Especiales

B. drymoglossum mostró un alto contenido de malato sin importar la hora del día, lo que llevó a los investigadores a especular que podría usar este malato en tiempos de sequía. Sin embargo, los estudios indicaron que incluso cuando se le privó de agua, esta planta no cambió a la fotosíntesis CAM, demostrando una fuerte dependencia de la fotosíntesis C3.

Cuando los investigadores pusieron estas plantas en condiciones de alta luz, no aparecieron las características CAM esperadas.

Esto indica que, a pesar de tener características anatómicas similares a las plantas CAM, B. drymoglossum no utiliza fotosíntesis CAM.

#Comparación de Anatomía Foliar

Al comparar B. drymoglossum y B. inconspicuum, los científicos observaron diferencias significativas en la estructura de las hojas.

Las hojas de B. inconspicuum eran un poco más gruesas y mostraron un sistema bien organizado para almacenar agua, mientras que B. drymoglossum tenía un área más grande compuesta por células sin cloroplastos, lo que indica un enfoque en el almacenamiento de agua en lugar de la fotosíntesis.

Los investigadores señalaron que estas diferencias reflejan adaptaciones a diferentes condiciones ambientales, con B. drymoglossum evolucionando para retener agua para sobrevivir.

#Conclusión

En resumen, la fotosíntesis CAM es una adaptación importante para ciertas plantas, permitiéndoles prosperar en condiciones difíciles donde el agua es escasa. La identificación de plantas CAM ha avanzado a través de varios métodos, mostrando cómo plantas específicas responden a cambios en los niveles de CO2 y otros factores ambientales.

Los hallazgos de la investigación confirman la importancia de estudiar estas plantas y sus respuestas fisiológicas para entender mejor sus adaptaciones y estrategias de supervivencia. Comprender CAM y sus diversas expresiones no solo ayuda en botánica y ecología, sino que también tiene implicaciones más amplias para la agricultura y la gestión ambiental en un mundo que cambia rápidamente.