Dependiendo de la humedad del suelo, los cactus pueden cambiar entre un tipo de fotosíntesis que incrementa su crecimiento u otro el cual les permite sobrevivir por largos periodos de sequía.

Por medio de la fotosíntesis, las plantas generan glucosa (que utilizan como energía para crecer) y oxígeno a partir de agua, dióxido de carbono (CO₂) y luz solar (Figura 1).

Figura 1. Descripción de la fotosíntesis realizada por plantas. Se necesitan 6 moléculas de dióxido de carbono, 6 moléculas de agua y energía solar para generar una molécula de glucosa y 6 moléculas de oxígeno. Fuente de la imágen: https://es.khanacademy.org/.

En la naturaleza existen 3 tipos de fotosíntesis y algunos cactus pueden intercambiar entre 2 tipos de fotosíntesis de acuerdo a estímulos ambientales, como lo es la humedad del suelo. El 95% de las plantas en el planeta realizan la fotosíntesis llamada C₃, que es la que nos enseñan comúnmente en la escuela. Las plantas con fotosíntesis C₃ absorben CO₂ del ambiente por medio de pequeñas aperturas en las hojas llamadas estomas y generan glucosa, todo ésto exclusivamente durante el día (Figura 2a). Aunque con este tipo de fotosíntesis las plantas tienen altas tasas de crecimiento, también pierden hasta el 97% del agua que absorben del suelo debido a las altas temperaturas presentes durante el día. Es por ello que las plantas con fotosíntesis C₃ se encuentran en ecosistemas húmedos en donde, a pesar de la pérdida de agua que tienen por abrir sus estomas durante el día, pueden recuperar el agua perdida.

Sin embargo, en ambientes áridos la fotosíntesis C₃ puede convertirse en una desventaja, ya que la pérdida de agua de la planta podría matarlas. Como consecuencia, las plantas en ecosistemas áridos han desarrollado otro tipo de fotosíntesis llamado Metabolismo Ácido de las Crasuláceas (MAC). Al contrario de las plantas C₃, las plantas con fotosíntesis MAC abren sus estomas durante la noche para absorber CO₂, lo almacenan como ácido orgánico y durante el día cierran sus estomas y usan el carbono almacenado en el ácido orgánico y la luz del sol para generar glucosa (Figura 2b). El abrir los estomas durante la noche, que es cuando la temperatura del aire es más baja, permite que las plantas con fotosíntesis MAC pierdan menos agua, pero al mismo tiempo las tasas de crecimiento son menores comparadas con plantas con fotosíntesis C₃.

Figura 2. Diferencias entre fotosíntesis C₃ y Metabolismo Ácido de las Crasuláceas (MAC). a) Durante el día, las plantas con fotosíntesis C₃ abren sus estomas para que entre dióxido de carbono (CO₂) en las hojas y, junto con agua y energía solar, producen glucosa y desprenden oxígeno. Durante la noche estas plantas cierran sus estomas y detienen la producción de glucosa. b) Las plantas con fotosíntesis MAC abren sus estomas durante la noche absorbiendo CO₂ y desprendiendo oxígeno. Como se necesita de la energía solar y carbono para la producción de glucosa, el CO₂ absorbido durante la noche es almacenado como ácido orgánico que después es utilizado durante el día junto con la energía solar para producir glucosa. Los estomas en las plantas con fotosíntesis MAC se mantienen cerrados durante el día. Imágen modificada de: http://hacermacetas.com/__trashed/

Intercambiar entre fotosíntesis C₃ y MAC puede ser ventajoso para los cactus, ya que si expresan fotosíntesis C₃ pueden crecer más rápido y si presentan fotosíntesis MAC pueden sobrevivir durante períodos largos de sequía. Para probar si plántulas de Opuntia elatior pueden intercambiar entre fotosíntesis C₃ y MAC dependiendo de la humedad del suelo, investigadores en Panamá y Australia sembraron semillas y las mantuvieron en riego continuo, luego se paró el riego y después de algunos días se reanudó el riego. Las plántulas crecieron en cámaras cerradas que detectaban la absorción de CO₂ por la planta las 24 horas del día (Figura 3). De esta manera, si la plantula absorbía CO₂ solamente durante el día se podría concluir que realizaba fotosíntesis C₃, mientras que si absorbía CO₂ solamente durante la noche se confirmaba que realizaba fotosíntesis MAC.

Figura 3. A) Plántula de Opuntia elatior. B) Plántula de 5 centímetros de altura en cámara de intercambio gaseoso. Fuente de imágen: Winter et al. 2011.

Los investigadores observaron que, al momento de germinar, las plántulas de O. elatior nacían expresando fotosíntesis C₃. Sin embargo, cuando se paró el riego cambiaron de fotosíntesis C₃ a MAC, y cuando se reanudó el riego expresaron nuevamente fotosíntesis C₃.

Los resultados muestran que las plántulas pueden cambiar entre fotosíntesis C₃ y MAC de acuerdo a estímulos externos como lo es la humedad del suelo. Esto puede brindar beneficios a las plántulas en su hábitat natural, ya que si el suelo está húmedo debido a las lluvias, las plántulas de O. elatior pueden realizar fotosíntesis C₃ y crecer rapidamente. Por el contrario, si existe un periodo de sequía prolongado, las plántulas pueden expresar fotosíntesis MAC, lo cual aunque reduciría sus tasas de crecimiento, también les ayudaría a disminuir la pérdida de agua y sobrevivir durante largos periodos sin agua.

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Referencias

• Winter, K., García, M., y Holtum J.A.M. (2011). Drought-stress-induced up-regulation of CAM in seedlings of a tropical cactus, Opuntia elatior, operating predominantly in the C3 mode. Journal of Experimental Botany, 62 (11): 4037-4042.