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Pourquoi certaines plantes choisissent-elles d'absorber le dioxyde de carbone la nuit ? Dévoilons le mystère de la photosynthèse CAM !
Avec le changement climatique et la pénurie d’eau, la capacité des plantes à survivre et à s’adapter est devenue un sujet important de recherche moderne. À cet égard, l’étude de la photosynthèse du métabolisme acide crassulacé (CAM) a progressivement attiré l’attention des scientifiques. Il s’agit d’une voie unique de fixation du carbone qui permet à certaines plantes d’absorber le dioxyde de carbone la nuit et d’effectuer la photosynthèse pendant la journée, une stratégie qui permet aux plantes d’utiliser efficacement des ressources en eau limitées.
Contexte historique« La photosynthèse CAM est une adaptation étonnante qui aide les plantes à prospérer dans des environnements arides. »
La découverte de la photosynthèse CAM remonte à 1804, lorsque le scientifique de Saussure a décrit pour la première fois le phénomène observé dans ses écrits. En 1812, Benjamin Heyne décrit les feuilles de Bryophyllum en Inde comme étant acides le matin et sans goût l'après-midi. Cette observation a donné lieu à d'autres études menées par des physiologistes, dont Aubert en 1892 et Richards en 1915, sur l'acidité et les échanges gazeux chez les cactus.
Comment fonctionne la CAM
La photosynthèse CAM peut être divisée en deux phases : la nuit et le jour. La nuit, les stomates de la plante s'ouvrent, permettant au dioxyde de carbone d'entrer et d'être fixé dans les acides organiques, un processus similaire à la voie C4. Le dioxyde de carbone fixe est stocké dans la vacuole car l'ATP et le NADPH nécessaires à la photosynthèse ne peuvent pas être produits la nuit.
« Pendant la journée, les stomates de la plante se ferment pour réduire l'évaporation, et les acides organiques stockés sont libérés et convertis en dioxyde de carbone, qui entre dans le cycle de Calvin pour la photosynthèse. »
Avantages de la CAM
L’avantage le plus important de la CAM est qu’elle maintient les stomates fermés pendant la majeure partie de la journée. Ceci est crucial pour les plantes qui poussent dans des environnements secs car cela réduit efficacement la perte d’eau, leur permettant de survivre dans des environnements extrêmement secs. Par rapport aux plantes qui n’effectuent que la photosynthèse en C3, les plantes fixatrices de carbone CAM peuvent réduire considérablement la perte d’eau.
Comparaison des voies CAM et C4
Il est intéressant de noter que les voies CAM et C4 partagent des similitudes. Les deux visent à améliorer l’efficacité de RuBisCO, mais de manières différentes : CAM est concentré dans le temps, tandis que C4 est concentré dans l’espace. De cette manière astucieuse, les plantes peuvent ajuster de manière flexible la manière dont elles fixent le carbone en fonction des changements de l’environnement.
Description détaillée du processus biochimique
Dans le processus biochimique de la photosynthèse CAM, les plantes doivent contrôler le stockage et la conversion du dioxyde de carbone. La nuit, les stomates s'ouvrent et le dioxyde de carbone pénètre dans la plante, réagissant avec la phosphoénolacétone (PEP) pour former de l'acide oxalylacétique, qui est ensuite converti en acide malique pour être stocké. Pendant la journée, les plantes libèrent du dioxyde de carbone en fonction de leur demande en oxygène et l'introduisent dans le cycle de Calvin.
« La CAM pourrait être une voie plus efficace pour la fixation du carbone pour certaines plantes, en particulier dans les environnements limités en eau. »
Comment les plantes utilisent la CAM
Différentes plantes utilisent la CAM à des degrés divers. Certaines plantes sont des « plantes CAM obligatoires » et ne peuvent effectuer que la photosynthèse CAM, tandis que d'autres peuvent changer de mode à volonté en fonction des changements environnementaux. Cette flexibilité permet aux plantes de rester en vie malgré les changements de ressources.
CAM dans les milieux aquatiques et aquatiques
Il est à noter que la CAM est également présente dans certaines plantes aquatiques. Ces plantes stockent généralement du dioxyde de carbone la nuit car le dioxyde de carbone diffuse beaucoup plus lentement dans l’eau que dans l’air. En été, lorsque la compétition environnementale est intense, les plantes aquatiques renforcent encore ce mécanisme de stockage nocturne et réduisent la respiration lors de la photosynthèse.
Écologie et distribution taxonomique
La grande majorité des plantes CAM sont des épiphytes ou des plantes succulentes résistantes à la sécheresse, comme les cactus et certaines autres plantes succulentes. Cependant, la CAM est également présente dans certaines plantes terrestres non succulentes et hémi-épiphytes, comme certains arbres et herbes. Étonnamment, certaines plantes sont capables de passer du C3 au CAM en fonction de l’état hydrique de l’environnement, ce qui leur permet de présenter des capacités de survie flexibles dans l’écosystème.
Réfléchir au développement durable dans le futur
Avec le changement climatique mondial et les changements continus de l'environnement écologique, l'adaptabilité de la photosynthèse CAM en fait un moyen possible pour les plantes de survivre dans le futur. Pensez-y, comment ce mécanisme unique de photosynthèse affecte-t-il notre production agricole et la protection écologique ?
