Arbori tropicali CAM

Pe măsură ce temperaturile cresc și seceta devine din ce în ce mai frecventă, oamenii de știință caută modalități de a ajuta plantele să supraviețuiască cu mai puțină apă.

Unele arbori tropicali ar putea deja să dețină o parte din răspuns.

Cercetătorii de la Universitatea din Viena au descoperit anumite arbori Clusia au evoluat o formă neobișnuită de fotosinteză care le permite să absoarbă dioxid de carbon pe timp de noapte, conservând în același timp umiditatea pe timpul zilei. Publicată în revista Nature Communications, studiul dezvăluie milioane de ani de schimbări genetice au produs strategii diferite de economisire a apei în cadrul unui grup de arbori tropicali.

O enigmă a fotosintezei

Majoritatea plantelor absorb dioxid de carbon printr-o serie de pori minuți numiți stomate, care de obicei se deschid pe timp de zi. Cu toate acestea, aceste deschideri permit și pierderea apei prin evaporare. Pentru plantele care cresc în condiții uscate, acest lucru creează un echilibru dificil între captarea dioxidului de carbon și conservarea apei.

Unele arbori tropicali rezolvă problema deschizându-și stomatele pe timp de noapte, când temperaturile sunt în general mai scăzute și evaporarea este redusă. Aceștia stochează dioxidul de carbon absorbit sub formă de acid malic, eliberându-l intern pe timp de zi pentru fotosinteză. Acest proces este cunoscut sub numele de metabolism acid crassulacean, sau CAM.

O descoperire cu rădăcini profunde

Comportamentul neobișnuit al arborilor Clusia a atras pentru prima dată atenția științifică acum mai bine de două secole. În jurul anului 1800, naturalistul Alexander von Humboldt a observat că o frunză de copac tropical scufundată în apă nu a eliberat bulele de oxigen pe care le-aș fi așteptat în timpul zilei.

Oamenii de știință înțeleg acum că plantele CAM își pot ține stomatele închise pe timpul zilei continuând să folosească dioxidul de carbon stocat pentru fotosinteză. Cu toate acestea, modul precis în care această capacitate a evoluat între diferite specii Clusia a rămas neclar.

Trei arbori, strategii diferite

Pentru a investiga, cercetătorii au comparat genomurile a trei specii: clusia rosea, Clusia minor și Clusia major. De asemenea, ei au examinat arborii răspundeau la modificările disponibilității de apă în condiții de seră apropiate de cele naturale. Rezultatele au relevat diferențe semnificative. Clusia rosea folosește o formă puternică de CAM, stocând cantități semnificative de dioxid de carbon pe timp de noapte.

Clusia minor activează procesul în principal când condițiile mediului devin stresante. Între timp, Clusia major combină captarea convențională a dioxidului de carbon pe timp de zi cu CAM, creând o strategie hibridă flexibilă. Aceste diferențe demonstrează arborii strâns înrudiți pot dezvolta răspunsuri distincte la lipsa apei.

Au evoluat genele antice

Cercetătorii au descoperit că toate cele trei specii au experimentat evenimente antice de duplicare a genomului, lăsându-le pe strămoși cu copii suplimentare ale materialului genetic. Pe parcursul a milioane de ani, aceste genomi mărite au suferit o reorganizare extensivă. Unii gene duplicate au dispărut, altele au devenit inactive, iar anumite gene au dezvoltat noi funcții.

Autorul principal al studiului, Hannes Kramml, a explicat că acest proces de reorganizare evolutivă a afectat genele implicate în stocarea dioxidului de carbon pe timp de noapte. Liderul cercetării, profesorul Wolfram Weckwerth, a adăugat că reorganizarea extensivă a genomurilor duplicate a ajutat la explicarea de ce speciile Clusia au dezvoltat strategii fotosintetice atât de variate.

Descoperirile sugerează că CAM a evoluat prin mai multe schimbări genetice în loc de un simplu eveniment evolutiv.

Ar putea acest lucru ajuta culturile viitoare?

Plantele CAM pot folosi apa mai eficient decât plantele care se bazează integral pe fotosinteză convențională. Înțelegerea genelor și proceselor metabolice din spatele acestui avantaj ar putea eventual ajuta cercetătorii să dezvolte culturi mai potrivite pentru medii uscate.

Cu toate acestea, transferarea acestor mecanisme complexe în plantele agricole ar necesita cercetări suplimentare substanțiale. Studiul a examinat arborii tropicali în loc să testeze culturi modificate genetic, așa că aplicațiile practice în agricultură rămân o posibilitate pe termen lung.

O leție din natură

Descoperirile dezvăluie flexibilitatea evolutivă poate ajuta plantele să se adapteze la medii provocatoare. Prin înțelegerea modului în care arborii tropicali conservează apa în timp ce mențin fotosinteza, oamenii de știință ar putea descoperi noi abordări pentru îmbunătățirea rezistenței agricole.

Pe măsură ce schimbările climatice cresc presiunea asupra producției alimentare globale, acești arbori remarcabili oferă indicii valoroase despre plantele supraviețuiesc atunci când apa devine insuficientă.