Desarrollan plantas metabolismos más ácidos para sobrevivir

Plantas como los agaves, las cactáceas, el aloe, las piñas y algunas crasuláceas forman parte de la gran diversidad de especies que posee nuestro país, las cuales pueden crecer en lugares con baja disponibilidad de agua, como son zonas desérticas, áridas y semiáridas, debido en gran medida al tipo de metabolismo que tienen y el cual les ha permitido adaptarse a estos climas.

“Desde hace varios años se detectó un ciclo de cambios en la acidez de los tejidos de las plantas, por primera vez en especies de la familia de las crasuláceas, al que se le llamó Crassulacean acid metabolism (CAM), este metabolismo es tan sólo uno de los tres tipos de fotosíntesis que se realizan en las plantas vasculares para la asimilación del CO₂ de la atmósfera”, explicó el doctor José Luis Andrade Torres, del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY).

A diferencia de las otras fotosíntesis, en la fotosíntesis CAM las plantas fijan el CO₂ principalmente por la noche con el uso de la enzima PEPC, un proceso que les permite hacer un uso más eficiente del agua. “Las hojas de estas plantas abren los estomas por la noche en vez de hacerlo durante el día, de esta forma pierden menos agua”, añadió el investigador.

Lo peculiar de este comportamiento se resume en que la enzima que fija el bióxido de carbono es muy activa y produce ácidos orgánicos, los cuales se almacenan en las grandes vacuolas, y gracias a las características de las células, propician el gran tamaño. Al día siguiente estos ácidos salen de las vacuolas y se descomponen para dar lugar a que el bióxido de carbono se fije por el medio habitual de todas las plantas, siendo estos los principales pasos metabólicos de la fotosíntesis CAM.

Plantas como las suculentas terrestres —aquellas que han engrosado su tallo para almacenar más agua— y muchas epifitas, que crecen sobre los arboles pero no son parásitas, han desarrollado un metabolismo ácido que les permite sobrevivir al administrar el agua de manera más eficiente.

Para detectar las variaciones en la acidez de las plantas, explicó el investigador integrante de la Academia Mexicana de Ciencias, es necesario hacer dos titulaciones del tejido (análisis químicos), al anochecer y otra al amanecer, con una solución alcalina de hidróxido de potasio o hidróxido de sodio. La acidificación se expresa como el incremento nocturno del ácido málico en unidades equivalentes de acidez o concentraciones de iones hidrógeno por área o por volumen de agua de los tejidos.

Del origen a la evolución

El doctor Andrade Torres precisó que la fotosíntesis C4, la cual hace referencia a otro de los tipos de fotosíntesis, y la CAM son ejemplo de los mecanismos que han surgido en la evolución de las plantas para disminuir la pérdida de energía asociada a la fotorespiración.

Ambos tipos de fotosíntesis utilizan la enzima PEPC para fijar el CO₂, pero además esta enzima se encuentra en todas las células vegetales realizando funciones relacionadas con la síntesis de aminoácidos y regulación del pH.

“En particular, las células estomáticas tienen una alta concentración de PEPC y vacuolas de gran tamaño — otra de las características comunes en plantas CAM—, por lo que se ha planteado que la evolución del CAM surge cuando los caracteres expresados en los estomas se presentan en las células del mesófilo. De esta manera, el desarrollo de la fotosíntesis CAM no involucra la creación de nuevos genes, sino modificaciones en la regulación de los ya existentes. Se cree también que las primeras plantas CAM reutilizaban el carbono de la respiración”, explicó el especialista en ecofisiología vegetal en la Unidad de Recursos Naturales del CICY.

A partir de estas plantas evolucionaron especies que requerían de manera más estricta del uso de carbono fijado durante la noche y se suprimió completamente la toma de carbono durante el día. “La fotosíntesis CAM es costosa e implica limitaciones en la toma del carbono, pues las plantas sólo lo pueden tomar durante la noche; además las plantas  han aprendido a ocupar ambientes desfavorables en los que otras, con fotosíntesis común, no podrían sobrevivir”, destacó el investigador.

(AMC)