Crasuláceas: las superheroínas CAM

El metabolismo CAMes un tema muy interesante y recurrente en los foros y páginas web de jardinería, en Suculentopedia estamos convencidos de que te va a sonar, y si no es así te lo ponemos fácil en este artículo.

Las siglas CAM proceden de Metabolismo Ácido de las Crasuláceasen inglés. ¿Cómo no relacionarlo con este grupo de plantas si la definición primera de este tipo metabólico fue descrita en plantas de esta familia?

Pero, ¿qué es el metabolismo? ¿y por qué se considera ácido?

En primer lugar el metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas que acontecen en un ser vivo. En el caso que nos incumbe, tiene lugar dentro de las células vegetales y atañe directamente a la producción de la molécula energética por excelencia, la glucosa.

Se denomina ácido porque, a diferencia de las plantas con el tipo de metabolismo más frecuente (C3), acumulan el CO2 necesario para realizar la fotosíntesis en forma de ácidos.  Estos ácidos son moléculas muy pequeñas y sencillas de tan solo 4 carbonos como por ejemplo el ácido málico.

Resumiendo las reacciones químicas que tienen que ver con la glucosa dentro en el citoplasma de una célula vegetal, cabe mencionar varias fases:

• 1.Fotosíntesis: Por un lado se obtiene energía de la luz a partir del agua (fase lumínica) y por otro lado se utiliza el CO2 del aire para obtener una molécula intermediaria (fase oscura).
• 2.Síntesis de glucosa: a partir de la molécula intermediaria de la fase oscura (gliceraldehido-3P) se genera glucosa.
• 3.Obtención de energía a partir de la glucosa: la molécula de glucosa se descompone en moléculas más pequeñas y sencillas (ciclo de Krebs). En este proceso se obtiene energía de la ruptura de los enlaces, la cual la célula la utilizará para dar lugar a nuevas moléculas que requieran en el metabolismo.

La particularidad del metabolismo CAM es que como las plantas que lo poseen habitan en ambientes con escasez de alguna molécula necesaria para iniciar la fotosíntesis (CO2 o H2O), han desarrollado la capacidad de almacenar estos factores limitantes.

¿Cómo lo hacen?

Pongamos el ejemplo de una planta típica del semidesierto, una crasulácea.

Como las temperaturas durante el día son muy altas y el agua es muy escasa, si abrieran los estomas durante el día como hacen las C3, perderían el agua que guardan en su interior, deshidratándose. 

¿Cómo consiguen entonces obtener el CO2 del aire?

Abren los estomas por la noche e incorporan el CO2 en su interior.

Como la fase lumínica de la fotosíntesis requiere luz del día necesitan reservar ese CO2 hasta la mañana siguiente, para ello, fijan el CO2 a una molécula pequeña de tres carbonos dando lugar al famoso ácido málico y otros afines.

Estos ácidos se acumulan en las vacuolas junto con agua (orgánulos de reserva dentro de la célula) y se hinchan las células dando una apariencia suculenta. Cuando se acerca la mañana se descomponen liberando el CO2, que queda disponible para iniciar la fotosíntesis y seguir su ruta en posteriores etapas.

Esta estrategia metabólica concede una ventaja evolutiva a las plantas que la presentan debido a que optimizan la eficiencia en el uso del agua.

Siguiendo este razonamiento nos surge la pregunta:

¿viven todas las plantas CAM en ambientes desérticos?

La lógica nos induciría a pensar que sí, pero la pregunta tiene trampa.

También presentan metabolismo CAM algunas plantas sometidas a estrés por falta de agua o gases necesarios para la fotosíntesis. Es el caso de algunas plantas acuáticas (baja difusión y dificultad para absorber el O2 del agua) o epífitas de ambientes tropicales como orquídeas (sometidas a lluvias intermitentes y por tanto a déficit hídrico en algunos intervalos de tiempo)

Aunque las suculentas son las plantas CAM más famosas.

¿Son todas las suculentas CAM y todas las CAM son suculentas? 

1. Todas las suculentas son CAM

Por definición sí, pero como siempre, todo depende.

Por un lado, existe una regulación metabólica de esa capacidad CAM en función de factores ambientales como la falta de agua. Es decir, algunas especies de Crasulaceas y Portulacaceas, entre otras familias, realizan una transición de metabolismo C3 a CAM estimulada por la escasez de agua y una alta intensidad lumínica.

De esta manera reducen la pérdida de agua cuando hay estrés hídrico y garantizan un mayor rendimiento fotosintético cuando las condiciones ambientales son más favorables.

Pongamos como ejemplo a las Euphorbia tirucalli y E. tithymaloides de nuestra tienda.

Sus tallos exhiben metabolismo y comportamiento CAM mientras que sus hojas presentan también el metabolismo clásico C3 (es decir, abren los estomas para recoger el CO2 y realizar la fotosíntesis simultaneamente por el día)

Por otro lado la plasticidad y capacidad de modular el metabolismo también responde a factores filogenéticos.

Nos remontamos al pasado y viajamos en el espacio como en el primer artículo de Suculentopedia.

Nos vamos al origen de muchos grupos de suculentas, África.

Estudios demuestran que en el género Kalanchoe las especies más antiguas presentan una mayor variabilidad (o variedad) en el comportamiento metabólico,  variando entre C3 y CAM, mientras que las más modernas son más fieles a abrir los estomas sólo por la noche.

1. No todas las CAM son suculentas

En cuanto a su origen, se piensa que las versiones más primitivas del metabolismo CAM pudieron surgir en el Paleozoico, hace cientos de millones de años, teniendo como representantes más antiguos helechos y gimnospermas. Posteriormente pudieron presentarla cactaceas, portulacaceas y didieraceas.

Actualmente presentan metabolismo CAM 30-35 familias y 328-343 géneros.

¡parece que es una estrategia evolutiva que ha funcionado!

Pero aún así no está muy extendida, está restringida solo a unas cuantas familias, entre ellas las Crasulaceas, portulacaceas y cactáceas.

Podríamos decir que aunque no es propia solo de suculentas, sin embargo sí existe una estrecha relación entre CAM y suculencia. Esto puede tener su explicación en la acumulación de agua y ácidos orgánicos en las vacuolas que conllevaría a que la célula estuviera más hinchada y por tanto presentara aspecto suculento.

¿cómo podemos saber si nuestra suculenta es CAM?
En términos generales cualquiera de nuestras plantas crasas lo va a  ser, pero como hemos visto, pueden estar haciendo más o menos “uso” de esa capacidad. Para ello podemos realizar una serie de pruebas o experimentos:

1. Medición de la acidez: las hojas deberían tener mayor acidez al amanecer que al anochecer, ¿te atreves a probarlo? . Si hacemos un macerado de la hoja tal vez con un medidor de pH cualquiera podríamos medir la diferencia de pH entre estas dos fases para comprobar la actividad CAM nocturna.

2. Si hiciésemos experimentos bioquímicos podríamos calcular la concentración de ácido málico por la noche y la proporción de determinadas enzimas asociadas al metabolismo CAM como la PEPC o NADH…, presentes en altas concentraciones en este tipo de plantas.

3.También encontraríamos seguramente una alta proporción del isótopo C13 respecto al isótopo más estable y frecuente en plantas no CAM C14 . Esto se debe a que la enzima que fija el CO2 por el día es más afín al C12 mientras que la del ácido málico lo es al C13.

4. Descubrir si presenta características anatómicas propias de suculentas (enlace srticuoo aloe) que podríamos observar con un microscopio o tal vez una lupa:

• Estomas hundidos en criptas y escasos;
• Cutículas gruesas;
• Células del mesófilo (tejido fotosintético de relleno del interior de la hoja) con vacuolas muy grandes
• Espacios entre células del mesófilo muy estrechos. Aunque según algunos estudios podrían no tener relación directa y deberse la correlación entre estas características morfológicas y el metabolismo CAM solo a relaciones de parentesco y filogenéticas entre grupos afines de plantas crasas.

5. tal vez podríamos hacer una prueba más casera que conllevaría algo de sacrificio jardinero para tu planta: arrancarla/trasplantarla para verle las raíces puesto que muchas de ellas tienen baja relación raíz/vástago.

No es que tu planta crassulacea sea una superheroína pero desde luego ¡es una superviviente!