CAM-Pflanzen (Crassulacean Acid Metabolism) sind eine spezielle Gruppe von Pflanzen, die einen einzigartigen Stoffwechselweg entwickelt haben, um in extrem trockenen und oft heißen Umgebungen zu überleben. Der CAM-Stoffwechsel ist eine Anpassung, die es den Pflanzen ermöglicht, Wasser effizienter zu nutzen, indem sie den Gasaustausch und die Kohlenstoffdioxid-Aufnahme zeitlich trennen. Diese Strategie ist besonders in Wüstenregionen und anderen trockenen Klimazonen effektiv und findet sich vor allem bei Sukkulenten wie Kakteen, Agaven und einigen Bromelienarten. Der Begriff „Crassulacean Acid Metabolism“ stammt von der Pflanzenfamilie der Crassulaceae (Dickblattgewächse), in der dieser Stoffwechselweg erstmals entdeckt wurde.

Der CAM-Stoffwechsel funktioniert, indem die Pflanze ihre Spaltöffnungen (Stomata) während der Nacht öffnet, um Kohlenstoffdioxid (CO₂) aufzunehmen, und sie tagsüber geschlossen hält, um den Wasserverlust durch Verdunstung zu minimieren. Diese zeitliche Trennung des Gasaustauschs von der Photosynthese ist der Schlüssel zu ihrer hohen Wassereffizienz. Während der Nacht, wenn die Temperaturen niedriger und die Luftfeuchtigkeit höher ist, wird CO₂ aufgenommen und von dem Enzym PEP-Carboxylase in eine organische Säure, meist in Form von Malat, umgewandelt. Dieses Malat wird dann in den Vakuolen der Pflanzenzellen gespeichert und dient als CO₂-Quelle für den nächsten Tag.

Am Tag, wenn die Spaltöffnungen geschlossen sind, wird das in der Nacht gespeicherte Malat wieder aus den Vakuolen freigesetzt und gibt CO₂ ab, das dann für die Photosynthese verwendet wird. Durch diese Methode kann die Pflanze auch tagsüber, wenn die Temperaturen und die Verdunstungsrate hoch sind, CO₂ für die Photosynthese bereitstellen, ohne dass zusätzliches Wasser durch die Spaltöffnungen verloren geht. Das CO₂ wird dann im Calvin-Zyklus zu Zucker umgewandelt, und die Pflanze kann so auch unter extremen Bedingungen ihre Photosyntheseleistung aufrechterhalten.

Der CAM-Stoffwechsel ist besonders vorteilhaft in Gebieten, in denen Wasser sehr knapp ist und die Pflanzen sich an längere Dürreperioden anpassen müssen. Die Wassernutzungseffizienz von CAM-Pflanzen ist extrem hoch – sie benötigen oft nur ein Zehntel der Wassermenge, die C3- oder C4-Pflanzen für die gleiche Menge an Biomasseproduktion verbrauchen würden. Dies macht sie zu Überlebenskünstlern in trockenen Regionen und ermöglicht es ihnen, in extremen Habitaten wie Wüsten, felsigen Gebieten und sogar in einigen Epiphyten-Standorten zu gedeihen, wo Wasser nur zeitweise zur Verfügung steht.

Einige typische Vertreter von CAM-Pflanzen sind Kakteen, Agaven, Ananas und Aloe. Viele dieser Pflanzen weisen zusätzliche Anpassungen auf, die ihren Wasserbedarf weiter reduzieren, wie eine dicke, wachsartige Epidermis, die Wasserverlust durch Verdunstung verhindert, oder fleischige Blätter und Stängel, die Wasser speichern. Auch bei Epiphyten wie den Tillandsien, die in tropischen Regenwäldern auf Bäumen wachsen und keine direkte Verbindung zum Boden haben, ist der CAM-Stoffwechsel von Vorteil, da diese Pflanzen Wasser nur über die Luft oder den Niederschlag aufnehmen können.

CAM-Pflanzen sind nicht nur für die natürliche Ökologie in trockenen Gebieten wichtig, sondern haben auch eine wirtschaftliche Bedeutung. Pflanzen wie die Agave, die für die Tequila-Produktion verwendet wird, und die Ananas gehören zu den bekanntesten CAM-Pflanzen. Aufgrund ihrer hohen Wassernutzungseffizienz sind sie auch potenziell wertvoll für die Landwirtschaft in ariden Regionen, in denen traditionelle Pflanzen Schwierigkeiten haben, zu überleben. In der modernen Forschung werden CAM-Pflanzen intensiv untersucht, um ihre Eigenschaften zu nutzen und möglicherweise auch auf andere Pflanzenarten zu übertragen, um sie widerstandsfähiger gegen Trockenstress zu machen.

Zusammengefasst stellt der CAM-Stoffwechsel eine einzigartige Anpassungsstrategie dar, die es Pflanzen ermöglicht, den Wasserverlust zu minimieren und die Photosynthese selbst unter extremen Bedingungen aufrechtzuerhalten. Die zeitliche Trennung von CO₂-Aufnahme und Photosynthese macht CAM-Pflanzen besonders effizient in der Wassernutzung und erlaubt ihnen das Überleben in Habitaten, die für andere Pflanzen unbewohnbar wären. CAM-Pflanzen sind damit ein beeindruckendes Beispiel für die Anpassungsfähigkeit der Natur an extreme Umweltbedingungen und haben sowohl für die Ökologie als auch für die Landwirtschaft in trockenen Regionen eine große Bedeutung.