Language
Country/Area
No result found
Dari malam ke siang: Bagaimana tanaman secara cerdik menggunakan karbon dioksida dalam dua periode waktu?
Di lingkungan kering, beberapa tanaman telah mengembangkan jalur fiksasi karbon unik yang disebut Metabolisme Asam Crassulacean (CAM). Metode fotosintesis ini memungkinkan tanaman melakukan fotosintesis pada siang hari dan melakukan pertukaran gas pada malam hari, sehingga secara cerdik memanfaatkan karbon dioksida (CO2). Proses ini tidak hanya menunjukkan kearifan alam, tetapi juga mengungkap kemampuan tanaman untuk beradaptasi dengan lingkungan ekstrem.
CAM adalah mekanisme fotosintesis yang dapat beradaptasi yang memungkinkan tanaman bertahan hidup di lingkungan yang kekurangan air dan secara efektif memanfaatkan sumber daya karbon dioksida yang terbatas.
Latar belakang sejarah
Anotasi CAM berasal dari tahun 1804, ketika para ilmuwan mengamati respirasi tanaman dan keasamannya. Dengan semakin mendalamnya penelitian ilmiah, penelitian terkait secara bertahap berkembang, dan sekitar tahun 1940, istilah "metabolisme asam tanaman sukulen" pertama kali diperkenalkan ke dalam komunitas ilmiah. Penemuan ini terutama didasarkan pada studi berbagai tanaman, terutama famili Nautilus (Crassulaceae) yang termasuk sukulen.
Gambaran umum siklus ganda
Proses CAM dapat dibagi menjadi dua bagian: malam dan siang. Pada malam hari, stomata tanaman terbuka, memungkinkan karbon dioksida masuk dan mengikat asam organik melalui reaksi dengan enol fosfat (PEP). Asam organik ini akan disimpan dalam vakuola untuk digunakan nanti. Sebaliknya, pada siang hari, stomata tanaman menutup untuk menahan kelembapan dan kemudian melepaskan asam organik yang tersimpan, yang kemudian diubah kembali menjadi karbon dioksida dan dimasukkan ke dalam siklus fotosintesis Calvin.
Apa manfaatnya
Tanaman yang menggunakan CAM dapat menjaga sebagian besar stomata tetap tertutup pada siang hari, secara signifikan mengurangi kehilangan air karena evapotranspirasi. Hal ini penting bagi tanaman yang hidup di lingkungan kering, yang memungkinkan mereka untuk terus tumbuh bahkan ketika air sangat terbatas. Sebaliknya, tanaman yang hanya menggunakan fiksasi karbon C3 akan kehilangan sekitar 97% air yang diserap oleh akar, yang tidak diragukan lagi merupakan proses yang berbiaya tinggi.
Perbandingan metabolisme CAM dan C4
Meskipun CAM dan C4 dirancang untuk meningkatkan efisiensi RuBisCO, keduanya berbeda dalam cara mereka memusatkan karbon dalam ruang dan waktu. CAM menyediakan karbon dioksida pada siang hari, sementara C4 secara struktural meningkatkan konsentrasi karbon dioksida. Selain itu, beberapa tanaman bahkan dapat melakukan fotosintesis C4 dan CAM secara bersamaan di daun yang sama, yang berarti mereka dapat secara fleksibel menyesuaikan mekanisme fiksasi karbon mereka sesuai dengan perubahan lingkungan.
Proses biokimia
Pada tanaman yang menggunakan CAM, proses penyimpanan dan reduksi CO2 harus dikontrol secara tepat dalam ruang dan waktu. Pada malam hari, tanaman membuka stomata mereka dan karbon dioksida memasuki sel. Setelah dikatalisis oleh serangkaian enzim, asam organik terbentuk dan disimpan dalam vakuola. Saat hari mulai siang, stomata menutup dan asam organik yang tersimpan diubah menjadi karbon dioksida, yang kemudian berpartisipasi dalam siklus Calvin untuk menciptakan energi dan sintesis karbohidrat.
Pemanfaatan keanekaragaman tumbuhan
Sejauh mana tumbuhan menggunakan CAM bervariasi. Beberapa tumbuhan, seperti "tumbuhan CAM yang kuat", sepenuhnya bergantung pada mekanisme ini untuk fotosintesis, sementara yang lain secara selektif menggunakan mekanisme CAM atau C3/C4 sesuai dengan perubahan lingkungan. Hal ini menunjukkan bahwa kemampuan beradaptasi dan strategi bertahan hidup tumbuhan beragam dan fleksibel.
Keajaiban CAM akuatik
Anehnya, fotosintesis CAM tidak hanya terjadi pada tumbuhan darat, tetapi mekanisme ini juga dapat ditemukan pada tumbuhan akuatik. Karbon dioksida berdifusi jauh lebih lambat di dalam air daripada di udara, sehingga beberapa tumbuhan akuatik memilih untuk menyimpan karbon dioksida di malam hari untuk melawan persaingan di dalam air. Fenomena ini khususnya terlihat jelas di musim panas, ketika permintaan karbon dioksida di dalam air meningkat, dan penangkapan CO2 di malam hari menjadi lebih penting.
Ekologi dan distribusi taksonomi
Tumbuhan CAM sebagian besar tersebar di antara sukulen dan epifit, yang menunjukkan strategi bertahan hidup yang luar biasa dalam menghadapi kekeringan. Banyak pohon, seperti Clusia, juga menunjukkan kemampuan fiksasi karbon ganda, yang memungkinkan mereka untuk secara bebas mengganti mekanisme fotosintesis sesuai dengan perubahan lingkungan. Penelitian menunjukkan bahwa CAM berevolusi beberapa kali, dengan lebih dari 16.000 spesies tanaman menunjukkan karakteristik ini sejauh ini.
Dalam proses adaptasi lingkungan seperti itu, kita tidak dapat tidak berpikir: Bagaimana tanaman ini memaksimalkan penggunaan sumber daya yang terbatas untuk mendapatkan keuntungan dalam persaingan untuk bertahan hidup?
