Tanaman CAM: Bertahan Hidup di Gurun

Ada beberapa mekanisme yang bekerja di belakang toleransi kekeringan pada tanaman, tetapi satu kelompok tanaman memiliki cara untuk memanfaatkan yang memungkinkannya untuk hidup dalam kondisi air rendah dan bahkan di daerah kering di dunia seperti gurun. Tanaman ini disebut tanaman metabolisme asam Crassulacean, atau tanaman CAM. Anehnya, lebih dari 5% dari semua spesies tanaman vaskular menggunakan CAM sebagai jalur fotosintesis mereka, dan yang lain dapat menunjukkan aktivitas CAM ketika diperlukan. CAM bukan varian biokimia alternatif melainkan mekanisme yang memungkinkan tanaman tertentu untuk bertahan hidup di daerah kekeringan. Faktanya, ini bisa menjadi adaptasi ekologis.

Contoh tanaman CAM, selain kaktus tersebut (famili Cactaceae), adalah nanas (famili Bromeliaceae), agave (famili Agavaceae), dan bahkan beberapa spesies Pelargonium (geranium). Banyak anggrek adalah epifit dan juga tanaman CAM, karena mereka mengandalkan akar udara untuk penyerapan air.

Penemuan tanaman CAM dimulai dengan cara yang agak tidak biasa ketika orang Romawi menemukan bahwa beberapa tanaman daun yang digunakan dalam makanan mereka terasa pahit jika dipanen di pagi hari, tetapi tidak begitu pahit jika dipanen kemudian hari itu Seorang ilmuwan bernama Benjamin Heyne memperhatikan hal yang sama pada tahun 1815 saat mencicipi Bryophyllum calycinum, sebuah tumbuhan dalam keluarga Crassulaceae (karenanya, nama "metabolisme asam Crassulacean" untuk proses ini). Mengapa dia memakan tanaman itu tidak jelas, karena itu bisa beracun, tetapi dia tampaknya selamat dan merangsang penelitian mengapa ini terjadi.

Namun, beberapa tahun sebelumnya, seorang ilmuwan Swiss bernama Nicholas-Theodore de Saussure menulis sebuah buku berjudul Recherches Chimiques sur la Vegetation (Penelitian Kimia Tanaman). Dia dianggap sebagai ilmuwan pertama yang mendokumentasikan keberadaan CAM, saat dia menulis pada 1804 bahwa fisiologi pertukaran gas pada tanaman seperti kaktus berbeda dari pada tanaman berdaun tipis.

Tanaman CAM berbeda dari tanaman "biasa" (disebut Tanaman C3) dalam cara mereka berfotosintesis. Dalam fotosintesis normal, glukosa terbentuk ketika karbon dioksida (CO2), air (H2O), cahaya, dan enzim yang disebut Rubisco bekerja bersama untuk membuat oksigen, air, dan dua molekul karbon yang masing-masing mengandung tiga karbon (karenanya, the nama C3). Ini sebenarnya adalah proses yang tidak efisien karena dua alasan: rendahnya kadar karbon di atmosfer dan rendahnya afinitas yang dimiliki Rubisco terhadap CO2. Oleh karena itu, tanaman harus menghasilkan Rubisco tingkat tinggi untuk "mengambil" CO2 sebanyak mungkin. Gas oksigen (O2) juga mempengaruhi proses ini, karena setiap Rubisco yang tidak digunakan dioksidasi oleh O2. Semakin tinggi kadar gas oksigen di pabrik, semakin sedikit Rubisco yang ada; oleh karena itu, semakin sedikit karbon yang berasimilasi dan dibuat menjadi glukosa. Pabrik C3 menangani hal ini dengan menjaga mereka stomata buka siang hari untuk mengumpulkan karbon sebanyak mungkin, meskipun mereka dapat kehilangan banyak air (melalui transpirasi) dalam proses tersebut.

Tumbuhan di gurun tidak bisa membiarkan stomata terbuka di siang hari karena mereka akan kehilangan banyak air yang berharga. Sebuah tanaman di lingkungan yang gersang harus memegang semua air yang ada! Jadi, harus berurusan dengan fotosintesis dengan cara yang berbeda. Tanaman CAM perlu membuka stomata di malam hari ketika ada sedikit kemungkinan hilangnya air melalui transpirasi. Tanaman masih bisa mengonsumsi CO2 di malam hari. Di pagi hari, asam malat terbentuk dari CO2 (ingat rasa pahit yang disebutkan Heyne?), Dan asam didekarboksilasi (dipecah) menjadi CO2 pada siang hari dalam kondisi stomata tertutup. CO2 kemudian dibuat menjadi karbohidrat yang diperlukan melalui Siklus Calvin.

Penelitian masih dilakukan pada rincian halus CAM, termasuk sejarah evolusi dan fondasi genetiknya. Pada Agustus 2013, sebuah simposium tentang biologi tanaman C4 dan CAM diadakan di University of Illinois di Urbana-Champaign, membahas kemungkinan penggunaan tanaman CAM untuk bahan baku produksi biofuel dan untuk lebih menjelaskan proses dan evolusi CAM.