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De la noche al día: ¿Cómo utilizan las plantas inteligentemente el dióxido de carbono en dos períodos de tiempo?
En ambientes secos, algunas plantas han desarrollado una vía única de fijación de carbono llamada metabolismo del ácido crasuláceo (CAM). Este método de fotosíntesis permite a las plantas realizar la fotosíntesis durante el día y realizar intercambio de gases durante la noche, utilizando así inteligentemente el dióxido de carbono (CO2). Este proceso no sólo demuestra la sabiduría de la naturaleza, sino que también revela la capacidad de las plantas para adaptarse a ambientes extremos.
CAM es un mecanismo de fotosíntesis adaptable que permite a las plantas sobrevivir en entornos con escasez de agua y utilizar eficazmente recursos limitados de dióxido de carbono.
Antecedentes históricos
La anotación del CAM se remonta a 1804, cuando los científicos observaron la respiración de las plantas y su acidez. Con la profundización de la investigación científica, la investigación relacionada evolucionó gradualmente y, alrededor de 1940, se introdujo por primera vez en la comunidad científica el término "metabolismo ácido de plantas suculentas". Este descubrimiento se basa principalmente en el estudio de una variedad de plantas, especialmente de la familia Nautilus (Crassulaceae) a la que pertenecen las suculentas.
Resumen del doble ciclo
El proceso CAM se puede dividir en dos partes: noche y día. Por la noche, los estomas de la planta se abren, lo que permite que el dióxido de carbono entre y fije los ácidos orgánicos mediante la reacción con enol fosfato (PEP). Estos ácidos orgánicos se almacenarán en la vacuola para su uso posterior. Por el contrario, durante el día, los estomas de la planta se cierran para retener la humedad y luego liberan ácidos orgánicos almacenados, que luego se reconvierten en dióxido de carbono y entran en el ciclo de Calvin de la fotosíntesis.
Cuáles son los beneficios
Las plantas que utilizan CAM pueden mantener la mayoría de los estomas cerrados durante el día, lo que reduce significativamente la pérdida de agua debido a la evapotranspiración. Esto es crucial para las plantas que viven en ambientes secos, ya que les permite seguir creciendo incluso cuando el agua es extremadamente limitada. Por el contrario, las plantas que utilizan únicamente la fijación de carbono C3 perderán alrededor del 97% del agua absorbida por las raíces, lo que sin duda es un proceso de alto costo.
Comparación del metabolismo de CAM y C4
Si bien tanto CAM como C4 están diseñados para aumentar la eficiencia de RuBisCO, difieren en cómo concentran el carbono en el tiempo y el espacio. CAM proporciona dióxido de carbono durante el día, mientras que C4 aumenta estructuralmente la concentración de dióxido de carbono. Además, algunas plantas pueden incluso realizar la fotosíntesis C4 y CAM simultáneamente en la misma hoja, lo que significa que pueden ajustar de manera flexible su mecanismo de fijación de carbono según los cambios ambientales.
Procesos bioquímicos
En plantas que utilizan CAM, los procesos de almacenamiento y reducción de CO2 deben controlarse con precisión en el espacio y el tiempo. Por la noche, las plantas abren sus estomas y el dióxido de carbono ingresa a las células. Después de ser catalizado por una serie de enzimas, se forman ácidos orgánicos que se almacenan en las vacuolas. A medida que llega el día, los estomas se cierran y los ácidos orgánicos almacenados se convierten en dióxido de carbono, que luego participa en el ciclo de Calvin para crear energía y síntesis de carbohidratos.
Utilización diversificada de las plantas
El grado en que las plantas usan CAM varía. Algunas plantas, como las "plantas CAM fuertes", dependen completamente de este mecanismo para la fotosíntesis, mientras que otras usan selectivamente el mecanismo CAM o C3/C4 según los cambios ambientales. Esto muestra que las estrategias de adaptabilidad y supervivencia de las plantas son diversas y flexibles.
Las maravillas de la CAM acuática
Sorprendentemente, la fotosíntesis CAM no sólo existe en las plantas terrestres, sino que este mecanismo también se puede encontrar en las plantas acuáticas. El dióxido de carbono se difunde mucho más lentamente en el agua que en el aire, por lo que algunas plantas acuáticas optan por almacenar dióxido de carbono durante la noche para resistir la competencia en el agua. Este fenómeno es especialmente evidente en verano, cuando aumenta la demanda de dióxido de carbono en el agua y la captura nocturna de CO2 se vuelve aún más importante.
Ecología y distribución taxonómica
Las plantas de CAM se distribuyen principalmente entre suculentas y epífitas, que exhiben extraordinarias estrategias de supervivencia ante la sequía. Muchos árboles, como Clusia, también exhiben capacidades duales de fijación de carbono, lo que les permite cambiar libremente los mecanismos fotosintéticos según los cambios en el medio ambiente. Las investigaciones muestran que la CAM evolucionó varias veces y hasta ahora más de 16.000 especies de plantas exhiben esta característica.
En el proceso de adaptación ambiental, no podemos evitar pensar: ¿Cómo maximizan estas plantas el uso de recursos limitados para obtener ventajas en la competencia por la supervivencia?
