Одновременно кактусы, как и некоторые другие суккуленты (ксерофиты1) изменили и свой механизм фотосинтеза – основного жизненного процесса любого зеленого растения. Вся система реакций фотосинтеза сводится к общей схеме (так называемому циклу Кальвина):
6СО>2 + 6H>2O = глюкоза (С>6H>12О6) + 6О>2
Часть реакций цикла Кальвина происходит с участием поглощаемого света (так называемая фотозависимая часть), часть не требует света вовсе. У большинства растений все реакции происходят параллельно: дыхание с поглощением кислорода и углекислого газа, образование промежуточных соединений с участием энергии света, синтез сахаров с выделением избытков углекислого газа в атмосферу. Кактусы же в процессе эволюции предпочли разделить фотозависимую и теневую части цикла во времени. Устьица (дыхательные отверстия) на стебле открываются только ночью, когда температура воздуха в условиях пустынь существенно ниже дневной. Необходимый для синтеза сахаров углекислый газ запасается в вакуолях клеток в виде органических кислот и затем в светлое время суток высвобождается для фотозависимых реакций цикла Кальвина. Такой тип фотосинтеза называется CAM-фотосинтезом и впервые был открыт у суккулентов из семейства толстянковых. Благодаря CAM-фотосинтезу кактусы дополнительно экономят воду, оставляя дыхательные устьица закрытыми в жаркие дневные часы, когда испарение жидкости из тканей стебля происходит наиболее интенсивно.
Сочетание совершенной анатомии и оптимального обмена веществ делает кактусы поразительно устойчивыми к суровым условиям жизни в засушливых экосистемах. Доподлинно известно, что некоторые виды могут обходиться без воды свыше полутора лет и, теряя более 90% влаги, оставаться жизнеспособными.
Помимо адаптации к долгим периодам засухи природа заставила кактусы проявить не меньшую изобретательность в приспосабливаемости к очень коротким «сытым» периодам обильных осадков. Большинство кактусов получают влагу либо от сильных, но непродолжительных дождей, либо в результате ее оседания на верхнем слое почвы при прохождении суточной температуры через точку росы. И в том, и в другом случае им необходимо напиться быстро и до отвала напиться. Для достижения этой цели всасывающие корешки кактусов стремятся сосредоточиться в поверхностном слое почвы и обладают свойством отрастать при наступлении благоприятных условий буквально в считаные часы. Как только влажный период заканчивается, они отмирают, поскольку больше не могут исполнять свою функцию и становятся лишь дополнительным каналом утечки бесценной накопленной влаги.