Er zijn verschillende mechanismen aan het werk achter droogtetolerantie bij planten, maar één groep planten heeft een manier om te gebruiken waardoor het in laagwateromstandigheden kan leven en zelfs in droge delen van de wereld, zoals de woestijn. Deze planten worden Crassulacean-zuurmetabolisme-planten of CAM-planten genoemd. Verrassend genoeg gebruikt meer dan 5% van alle vaatplantsoorten CAM als hun fotosynthetische route, en anderen kunnen indien nodig CAM-activiteit vertonen. CAM is geen alternatieve biochemische variant, maar eerder een mechanisme waarmee bepaalde planten kunnen overleven in droge gebieden. Het kan in feite een ecologische aanpassing zijn.
Voorbeelden van CAM-planten zijn, naast de bovengenoemde cactus (familie Cactaceae), ananas (familie Bromeliaceae), agave (familie Agavaceae) en zelfs sommige soorten Pelargonium (de geraniums). Veel orchideeën zijn epifyten en ook CAM-planten, omdat ze voor hun wateropname afhankelijk zijn van hun luchtwortels.
Geschiedenis en ontdekking van CAM-planten
De ontdekking van CAM-planten begon op een nogal ongebruikelijke manier toen de Romeinen die plant ontdekten bladeren die in hun dieet werden gebruikt, smaakten bitter als ze 's ochtends werden geoogst, maar waren niet zo bitter als ze later werden geoogst de dag. Een wetenschapper genaamd Benjamin Heyne merkte hetzelfde op in 1815 tijdens het proeven Bryophyllum calycinum, een plant uit de Crassulaceae-familie (vandaar de naam "Crassulacean-zuurmetabolisme" voor dit proces). Waarom hij de plant at, is onduidelijk, omdat het giftig kan zijn, maar hij overleefde het blijkbaar en stimuleerde het onderzoek waarom dit gebeurde.
Een paar jaar eerder schreef een Zwitserse wetenschapper, Nicholas-Theodore de Saussure, een boek genaamd Recherches Chimiques sur la Vegetation (Chemisch onderzoek van planten). Hij wordt beschouwd als de eerste wetenschapper die de aanwezigheid van CAM documenteerde, zoals hij schreef in 1804 dat de fysiologie van gasuitwisseling bij planten zoals de cactus verschilde van die bij dunbladige planten.
Hoe CAM-planten werken
CAM-planten verschillen van "gewone" planten (genaamd C3 planten) in hoe ze fotosynthetiseren. Bij normale fotosynthese wordt glucose gevormd wanneer kooldioxide (CO2), water (H2O), licht en een enzym worden genoemd Rubisco om samen te werken om zuurstof, water en twee koolstofmoleculen te maken die elk drie koolstofatomen bevatten (vandaar de naam C3). Dit is eigenlijk een inefficiënt proces om twee redenen: lage koolstofniveaus in de atmosfeer en de lage affiniteit die Rubisco heeft voor CO2. Daarom moeten planten een hoog niveau van Rubisco produceren om zoveel mogelijk CO2 te "vangen". Zuurstofgas (O2) heeft ook invloed op dit proces, omdat ongebruikte Rubisco wordt geoxideerd door O2. Hoe hoger het zuurstofgasgehalte in de installatie, hoe minder Rubisco er is; daarom wordt de minste koolstof opgenomen en omgezet in glucose. C3-planten pakken dit aan door hun te houden huidmondjes overdag open om zoveel mogelijk koolstof op te vangen, ook al verliezen ze daarbij veel water (via transpiratie).
Planten in de woestijn kunnen hun huidmondjes overdag niet open laten omdat ze te veel waardevol water verliezen. Een plant in een droge omgeving moet al het water vasthouden dat het kan! Het moet dus op een andere manier met fotosynthese omgaan. CAM-planten moeten de huidmondjes 's nachts openen als er minder kans is op waterverlies door transpiratie. 'S Nachts kan de plant nog CO2 opnemen. 'S Morgens wordt appelzuur gevormd uit de CO2 (weet je nog de bittere smaak die Heyne noemde?), En wordt het zuur overdag gedecarboxyleerd (afgebroken) tot CO2 onder gesloten huidmondjes. De CO2 wordt vervolgens via de Calvin cyclus.
Huidig onderzoek
Er wordt nog steeds onderzoek gedaan naar de fijne details van CAM, inclusief de evolutionaire geschiedenis en genetische basis. In augustus 2013 werd aan de University of Illinois in Urbana-Champaign een symposium over C4- en CAM-plantenbiologie gehouden, gericht op de mogelijkheid van het gebruik van CAM-fabrieken voor grondstoffen voor de productie van biobrandstoffen en om het proces en de evolutie van CAM.