Il existe plusieurs mécanismes à l'œuvre derrière la tolérance à la sécheresse chez les plantes, mais un groupe de plantes possède un moyen à utiliser qui lui permet de vivre dans des conditions de basses eaux et même dans les régions arides du monde telles que la désert. Ces plantes sont appelées plantes de métabolisme de l'acide crassulacéen ou plantes CAM. Étonnamment, plus de 5% de toutes les espèces de plantes vasculaires utilisent la CAM comme voie de photosynthèse, et d'autres peuvent présenter une activité de CAM en cas de besoin. La CAM n'est pas une variante biochimique alternative mais plutôt un mécanisme permettant à certaines plantes de survivre dans les zones de sécheresse. Il peut en effet s'agir d'une adaptation écologique.
Des exemples de plantes CAM, outre le cactus susmentionné (famille des Cactaceae), sont l'ananas (famille des Bromeliaceae), l'agave (famille des Agavaceae), et même certaines espèces de Pelargonium (les géraniums). De nombreuses orchidées sont des épiphytes et également des plantes CAM, car elles dépendent de leurs racines aériennes pour l'absorption de l'eau.
Histoire et découverte des plantes CAM
La découverte des plantes CAM a commencé d'une manière plutôt inhabituelle lorsque les Romains ont découvert que certaines plantes les feuilles utilisées dans leur alimentation avaient un goût amer si elles étaient récoltées le matin, mais n'étaient pas si amères si elles étaient récoltées plus tard dans le jour. Un scientifique du nom de Benjamin Heyne a remarqué la même chose en 1815 lors d'une dégustation Bryophyllum calycinum, une plante de la famille des Crassulacées (d'où le nom de "métabolisme acide des crassulacées" pour ce processus). La raison pour laquelle il mangeait la plante n'est pas claire, car elle peut être toxique, mais il a apparemment survécu et stimulé la recherche pour expliquer pourquoi cela se produisait.
Quelques années auparavant, cependant, un scientifique suisse du nom de Nicholas-Theodore de Saussure a écrit un livre intitulé Recherches Chimiques sur la Végétation (Recherche chimique des plantes). Il est considéré comme le premier scientifique à documenter la présence de CAM, car il a écrit en 1804 que la physiologie des échanges gazeux dans les plantes comme le cactus différait de celle des plantes à feuilles minces.
Comment fonctionnent les plantes CAM
Les plantes CAM diffèrent des plantes "régulières" (appelées Usines C3) dans la façon dont ils photosynthétiser. Dans la photosynthèse normale, le glucose se forme lorsque le dioxyde de carbone (CO2), l'eau (H2O), la lumière et une enzyme appelée Rubisco pour travailler ensemble pour créer de l'oxygène, de l'eau et deux molécules de carbone contenant chacune trois carbones (d'où le nom C3). Il s'agit en fait d'un processus inefficace pour deux raisons: de faibles niveaux de carbone dans l'atmosphère et la faible affinité de Rubisco pour le CO2. Par conséquent, les plantes doivent produire des niveaux élevés de Rubisco pour "capter" autant de CO2 que possible. Le gaz oxygène (O2) affecte également ce processus, car tout Rubisco non utilisé est oxydé par O2. Plus les niveaux d'oxygène gazeux sont élevés dans l'usine, moins il y a de Rubisco; par conséquent, le moins de carbone est assimilé et transformé en glucose. Les usines C3 y font face en gardant leur stomates ouvert pendant la journée afin de recueillir autant de carbone que possible, même si elles peuvent perdre beaucoup d'eau (par transpiration) dans le processus.
Les plantes du désert ne peuvent pas laisser leurs stomates ouvertes pendant la journée car elles perdront trop d'eau précieuse. Une plante dans un environnement aride doit retenir toute l'eau qu'elle peut! Il doit donc traiter la photosynthèse d'une manière différente. Les plantes CAM doivent ouvrir les stomates la nuit quand il y a moins de risque de perte d'eau par transpiration. La plante peut encore absorber du CO2 la nuit. Le matin, l'acide malique est formé à partir du CO2 (rappelez-vous le goût amer que Heyne a mentionné?), Et l'acide est décarboxylé (décomposé) en CO2 pendant la journée dans des conditions de stomates fermés. Le CO2 est ensuite transformé en glucides nécessaires via le Cycle de Calvin.
Les recherches en cours
Des recherches sont toujours en cours sur les moindres détails de la MCA, y compris son histoire évolutive et son fondement génétique. En août 2013, un symposium sur la biologie végétale C4 et CAM s'est tenu à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, la possibilité d'utiliser des installations de FAO pour les matières premières de production de biocarburants et d'élucider davantage le processus et l'évolution des CAME.