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Descubierto el secreto de la geometría de las plantas


El equipo observó el crecimiento de plantas muy diversas obteniendo siempre los mismos resultados. Time lapse del crecimiento de una alubia. Oreste Gaspari.  


 


¿Por qué un joven chopo hace crecer sus ramas hacia arriba, cerca de la vertical del tronco pero las de un roble crecen mucho más horizontales? Mientras que otras características que rigen la arquitectura de las plantas, tales como el control del número de ramas o  su colocación alrededor del tallo principal, ya hace tiempo que han sido explicadas, los científicos estaban desconcertados por la manera en la que las plantas fijan y mantienen el ángulo de sus ramas laterales en relación con la horizontal del suelo y la gravedad. Ahora, investigadores de la Universidad de Leeds han descubierto cómo las plantas establecen estos ángulos para el crecimiento de sus ramas.

El doctor Stefan Kepinski, profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas en esta universidad y autor principal de un artículo en la revista Current Biology que llega al fondo del misterio, comentó que “comenzamos a trabajar en esto después de un viaje en tren a Leeds. Mirando por la ventana, me llamó la atención el hecho de que la manera de reconocer las especies de plantas y árboles en la distancia sea en gran medida teniendo en cuenta  el ángulo en que crecen sus ramas”.

El aparentemente simple rompecabezas de cómo una planta establece y mantiene estos ángulos en su arquitectura se complica por el hecho de que el ángulo entre la raíz y el brote de las ramas generalmente no se establece en relación a la raíz o al tallo principal desde el que crecen, sino en relación con la gravedad. Si una planta se pone de lado, sus ramas iniciarán una fase de crecimiento en flexión, conocida como gravitropismo, que las reorienta hacia su ángulo original de crecimiento en relación con la gravedad.

En el caso de la raíz o el tallo principal que crecen en posición vertical y luego se inclinan, el mecanismo se entiende bastante bien: las células de la planta sensibles a la gravedad, los estatocitos, detectan que la planta se ha inclinado, lo que provoca una reacción de una hormona reguladora del crecimiento llamada auxina, que se recoloca en la planta en menor cantidad en uno de los lados y en mayor cantidad en otro, impulsando el crecimiento hacia arriba de los brotes y hacia abajo en la raíz. Cuando el crecimiento vuelve a ser de nuevo vertical, los estatocitos dejan de enviar más auxina a un lado que al otro y se para este crecimiento en flexión.

El interrogante para los investigadores era que en muchas ocasiones el crecimiento de la planta no es vertical desde el principio. Los científicos no entendían cómo las plantas son capaces de establecer, en relación a la gravedad, el ángulo no vertical particular del crecimiento de sus ramas  -conocido como el “ángulo de consigna gravitrópica”- que es el que determina su arquitectura.

El doctor Kepinski manifestó que “hemos encontrado otro componente del crecimiento, el contrapeso antigravitrópico, que contrarresta el crecimiento normal gravitrópico en estas ramas laterales. Este mecanismo de compensación mantiene el crecimiento en el otro lado de la planta afectada por un crecimiento sensible a la gravedad, e impide que la rama se mueva más allá de un determinado ángulo ajustado a la vertical. Resulta que este crecimiento compensatorio también está impulsado por la auxina, la misma hormona que causa el crecimiento sensible a la gravedad en el lado inferior de la rama “.

 


Este estudio proporcionará herramientas y nuevos enfoques para ayudar a encarar los desafíos en la mejora de los cultivos. El equipo utilizó el florecimiento planta Arabidopsis thaliana (berro), así como las plantas de guisante, frijol y arroz en sus experimentos, observando los mismos resultados.


Las ramas que crecen cerca de la vertical tienen un débil contrapeso  antigravitrópico, mientras que en las ramas que están creciendo en ángulos mayores lejos de la vertical el desplazamiento antigravitrópico es relativamente fuerte. El Dr. Kepinski añadió: “Se puede comparar con la forma de manejar un barco con dos hélices. Si quieres virar tienes que dar más velocidad a una que a otra, pero para volver a navegar recto, la hélice acelerada tiene que volver a su velocidad primera o hay que acelerar la otra para equilibrar el movimiento o, en nuestro caso, la “velocidad” de crecimiento a cada lado de la rama. En una rama no vertical, el desplazamiento antigravitrópico es constante, mientras que la gravedad aumenta el crecimiento de respuesta en una magnitud proporcional a la distancia de la rama al tallo, generando un sistema de crecimiento que mantiene toda una gama de ángulos de ramificación “.

El equipo de Leeds demostró la presencia de la desviación usando un inclinador que giraba lentamente una planta que iba creciendo de lado,  eliminando así toda referencia a una gravedad estable, y permitiendo a los investigadores controlar si el mecanismo de compensación antigravitrópico funciona sin la oposición de una respuesta gravitrópica asociada. Bajo estas condiciones, observaron que los brotes en las raíces y las ramas mostraron un crecimiento de flexión hacia el exterior, alejándose de la raíz principal y girando  con un movimiento que normalmente quedaba enmascarado  por  la  interacción con el crecimiento sensible a la gravedad.

Kepinski comentó que “el ángulo de crecimiento de las ramas es una adaptación de excepcional importancia, ya que determina la capacidad de la planta para captar recursos sobre y bajo la tierra. Dependiendo de en qué tipo de suelo se encuentre una planta, ésta puede utilizar este mecanismo para desenterrar los alimentos en la superficie del suelo o para ir a más profundidad. Asimismo, una planta podría obtener ventaja al tener más pronunciada la inclinación de sus ramas y evitar así la sombra de las plantas vecinas. Hasta ahora, nadie sabía cómo se establecían y mantenían los ángulos de crecimiento no vertical en relación con cambios constantes de gravedad”.

“Estos puntos de vista -continúa Kepinski- son importantes para la reproducción y la biotecnología enfocadas a la mejora de los cultivos. Los criadores y empresas de semillas quieren ser capaces de alterar la arquitectura de las plantas para optimizar el rendimiento de los cultivos. Por ejemplo, el ángulo de crecimiento de la raíz lateral ha demostrado ser crucial para aumentar la absorción de los nutrientes, tanto en especies de hoja ancha como en cultivos de cereales. Nuestros resultados proporcionan herramientas y nuevos enfoques para ayudar a encarar estos desafíos en la mejora de los cultivos”.

Kepinski espera comprobar que este mismo mecanismo funciona en las plantas más grandes y en los jóvenes plantones de árboles. En los árboles más viejos, los mecanismos que impulsan el crecimiento sensible a la gravedad en los tejidos leñosos son diferentes a los de las plantas no leñosas. Sin embargo, dice Kepinski que se pueden aplicar los mismos principios generales.

 

 
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