Plantas

No todo es lo que parece. Agallas, manzanas de roble e insectos.

Vas de excursión, caminando en medio del bosque. Ya pasaron unas horas desde que te comiste tu último sándwich y desapareciste la última manzana. Ves una fruta redonda, rojiza y que parece estar cubierta de pelos. Está en medio de las rosas silvestres, lo cual te parece curioso. De cualquier modo, de inmediato piensas que ha de ser algo similar al rambután. Esa fruta dulce parecida a los lichis. No parece haber nada más a la redonda y, dado que llevas un rato sin comer, suena a una buena botana. Tomas tu navaja y la partes a la mitad antes de pelarla. Entonces ves algo que de inmediato te quita el hambre. Sucede que la fruta que tomaste no es tal y un gusanito blanco te observa pasmado desde su interior.  

Agalla

Ilustración 1. Agalla causada por una avispa Diplolepis. Fotografiada por J.R. Crellin.

 

Las agallas (fitomas, cedidios o abogallas) son estructuras inducidas en las plantas por la presencia de un organismo extraño como puede ser un insecto, bacteria o virus. Algunas se ven tan sólo como pequeñas protuberancias en las hojas.

 

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Ilustración 2. Diplolepis rosae en Rosa canina. Tomada el 25 de agosto de 2007 por Frank Vincentz.

En inglés se les denomina gallnuts (nueces de bilis) o insect-galls (bilis de insecto) debido al sabor amargo característico de los taninos que contienen, los cuales son sustancias amargas producidas por las plantas que precipitan proteínas. La existencia de estos taninos permitió que antiguamente las agallas se emplearan para curtir pieles. En la edad media se utilizaron como fármacos y se les atribuían propiedades adivinatorias. Se creía que el año dependería de si dentro de la agalla se encontraba un gusano, una mosca o una araña. Si había un gusano habría hambre, si era una mosca guerra y si era una araña pestilencia. También fueron utilizadas para la elaboración de colorantes y tinta. En el este de África las mujeres somalíes utilizaban un tipo de agalla para realizar tatuajes. ¡Incluso llegaron a usarse para alimentar al ganado!

Es común que los árboles de aguacate se infecten de Trioza, un insecto cuyas ninfas (un estado anterior al adulto) viven en agallas en las hojas de aguacate. Por su aspecto, es claro que estas agallas son un elemento extraño en la planta; sin embargo, hay algunas que tienen un aspecto tan similar al de las frutas o brotes de hojas que son casi indistinguibles de las estructuras normales de las plantas. Tal es el caso de las “manzanas de roble”, que son agallas dentro de las cuales crecen las larvas de una especie de avispa llamada Amphibolips confluenta. En México, éstas suelen verse también en los encinos y llegan a alcanzar ocho centímetros de diámetro. Aunque no tienen precisamente la misma forma de las manzanas, su color rojizo o amarillento hace que se confundan fácilmente con frutos.

 

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Ilustración 3. Manzana de Roble producida por Trichoteras vaccinifoliae. Fotografiada por Ron Russo para Confessions of a Gall Hunter en la Revista de Historia Natural (Natural History Magazine).

De acuerdo con Margaret M. Fagan, las agallas causadas por Discholcaspis weldi (una especie de avispa) en Quercus reticulata (un roble) podían adquirirse en puestos de frutas de la Ciudad de México.

Las agallas a las que nos referimos en el inicio de este texto han sido llamadas Diplolepis bicolor y son causadas en las rosas por otro tipo de avispas. Estas son comunes en Canadá y Estados Unidos, donde frecuentemente son fotografiadas por excursionistas.

Debido a sus propiedades, a lo inesperado que resulta hallar un insecto viviendo dentro de una “frutilla” y a la variedad de formas que pueden generar (más allá de los vistosos cuasi-frutos), las agallas han despertado el interés de la comunidad científica desde hace muchos años. Inicialmente interesaba medir cómo afectan las agallas el crecimiento y rendimiento de las plantas. En algunos trabajos sobre fósiles de agallas, se les han calculado edades de más de 300 millones de años, lo cual nos habla de lo antigua que es esta relación entre las plantas y los insectos.

A pesar del tiempo que llevan estudiándose, los mecanismos moleculares por los cuales los insectos logran controlar el desarrollo de las plantas para formar estas intrincadas estructuras, aún son un misterio. Se saben, y en algunos casos se sospechan, cuáles podrían ser algunas de las moléculas involucradas en estos procesos, pero aún hay mucho por averiguar. En principio, llama la atención que unos cuantos cambios, como mordeduras de los insectos y las sustancias que el insecto le transmite a la planta por medio de su saliva, puedan generar este tipo de respuesta. Ante la presencia de estrés, algunas células de las plantas cambian de un tipo celular a otro para reparar y neutralizar los cambios. Pero si el estímulo es muy fuerte, la planta suele matar a las células bajo la influencia del insecto u otro parásito para asegurar la supervivencia del resto del organismo.

Sabemos que hay pasos clave para que los insectos consigan formar una agalla completa, como el reconocimiento de la llegada del insecto por parte de la planta, la señalización que se da dentro de la planta después de reconocer esta llegada, el crecimiento de la agalla y la diferenciación observable. De momento, como se mencionó anteriormente, una pieza clave parece ser la saliva. Científicos que estudian este tema proponen que la saliva genera un “choque” químico que altera el estado de las células generando el estrés que lleva a la célula a cambiar de tipo celular en un intento por compensar los daños. Incluso los mismos compuestos dentro de la célula, al ser expulsados cuando la planta es mordida por un insecto, podrían ser los que estén induciendo el estrés que es clave en el inicio de la formación de una agalla.

Las agallas reciben una gran cantidad de señales bioquímicas provenientes de las hojas sobre las que crecen. Por lo general, dichas señales ayudan a que una hoja se desarrolle normalmente, pero las agallas logran diferenciarse independientemente de estas señales, desarrollando estructuras impresionantes.

Las plantas no son los únicos organismos que pueden verse afectados por avispas, ya que estos insectos también pueden inducir comportamientos extraños en arañas, cucarachas y otros organismos que parasitan. Algunos investigadores han comparado este comportamiento con un estado “zombie”, que lleva al ser infectado a suicidarse o dejarse llevar ciegamente por su captor. Llama mucho la atención ya que otras presas, como las mariposas, sólo son paralizadas y no exhiben estos cambios de comportamiento. En las cucarachas, las avispas logran imponer su control por medio de un “cóctel” neurotóxico que suprime la actividad de algunas neuronas, cambiando así la “motivación” de la cucaracha por caminar. Con esta acción la avispa impide que la cucaracha escape del nido donde la avispa la coloca. Este es otro ejemplo de una respuesta extraña y compleja lograda con una señal sencilla.

Además de ser procesos por sí mismos muy interesantes, el estudio de la formación de estos brotes falsos conocidos como agallas y el control que ejercen las avispas sobre el sistema nervioso de otros organismos, ayuda a entender cómo se dan otros procesos como la diferenciación y simetría en las plantas.

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Bibliografía y literatura adicional

Agallas sobre Quercíneas es un documento en español del 2006 de la Universidad de Aragón, revisado por los Doctores Pedro del Estal, José Luís Nieves-Aldrey y Juli Pujade-Villar. Este documento contiene una breve introducción acerca de las agallas, en donde se comenta, a grandes rasgos, cómo actúan algunos insectos inductores de agallas.

On predatory wasps and zombie cockroaches: Investigations of “free will” and spontaneous behavior in insects, es una revisión donde Ram Gal y Frederic Libersat discuten cómo se da el control mental de las avispas hacia las cucarachas.

Fossil oak galls preserve ancient multitrophic interactions de Graham N. Stone y sus colaboradores es un artículo del 2008 en donde los autores describen un fósil de agallas. Lo interesante del artículo es que, a pesar de haber evidencia fósil previa, este espécimen está muy bien conservado y es muy detallado.

En The Effects of Stem Gall Insects on Life History Patterns in Solidago canadensis de David C. Hartnett y Warren G. Abrahamson (1979), los autores hicieron una exploración acerca de los posibles efectos de las agallas en las poblaciones de plantas.

The Uses of Insect Galls de Margaret M. Fagan (1918) es, a pesar de ser un artículo antiguo, una revisión muy interesante de los usos que los seres humanos le habíamos dado hasta ese entonces a las agallas de insectos y de cómo hemos ido comprendiendo su naturaleza.

Morphogenesis of insect-induced plant galls: facts and questions, de Anantanarayanan Raman (2011) es una revisión que nos habla de las evidencias actuales de cómo funcionan las agallas de insectos y de qué falta por saber.

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Acerca del autor

Libertad Pantoja Hernández nació en la Ciudad de México. Estudió Ciencias Genómicas en el campus Morelos de la UNAM. En el 2008 y 2009 participó el concurso iGEM de máquinas genéticas. Actualmente estudia el Doctorado en Ciencias Biomédicas en la UNAM y participa en el Taller de Narrativa impartido por Alberto Chimal. Cada vez que puede escribe y dibuja.

Una planta multifacética y embaucadora.

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Ojalá nosotros nos pudiéramos mimetizar con el ambiente en el instante en que vemos que se acerca una persona indeseable. Hay animales que sí se mimetizan, como el camaleón, algunos peces o insectos, entre otros. Ya entrados en calor, en el terreno del mimetismo, las plantas levantan las ramas (porque no pueden levantar las manos) y dicen “¡Hey! ¡Nosotros también nos mimetizamos!”.

Pocos son los casos de mimetismo que se conocen en plantas. Por ejemplo, hay algunas especies del género Viscum que viven en Australia y que usan esta estrategia al copiar a otras especies. Pero para el bejuco sudamericano, esto es diferente.

Esta enredadera nativa de Chile y Argentina es la primera planta observada que transforma sus hojas para copiar una gran variedad de hospederos... al mismo tiempo.

El fenómeno recibe el nombre de polimorfismo mimético, porque toman muchas formas. Ha sido observado en mariposas, pero nunca antes en plantas.

Cuando la enredadera sube por las ramas de los árboles, sus hojas versátiles pueden cambiar de tamaño, forma, color, orientación, e incluso los patrones de sus venas para igualar el follaje circundante. Si la enredadera cruza a un segundo árbol, cambia, incluso si las hojas del nuevo hospedero son diez veces más grandes y con una forma contrastantemente diferente. No se tiene claro cómo es que la especie de esta enredadera discierne la identidad de árboles individuales para tomar su forma. De acuerdo con los investigadores que la describieron, es probable que las embaucadoras identifiquen aromas ocultos o químicos secretados por los árboles hospederos para activar genes que mandan señales entre la enredadera fraudulenta y el hospedero. También mencionan que el engaño sirve como defensa contra los herbívoros.

Bibliografía:

Nota fuente en Science |Artículo original en Cell Nota en el Blog de  Historias Cienciacionales

 

La flexibilidad del perfume

04092014 Las plantas con flor embriagan a los insectos polinizadores con aromas que enamoran. Este olor puede ser un arma de doble filo e invitar a muchos comensales.

Si las plantas se llenan de herbívoros, como las orugas, buscarán atraer a insectos que se coman a dichos comensales con la ayuda de señales de olor en sus hojas. Estos podría ser avispas que ponen sus huevos sobre las orugas que comen a la planta, y así matarlas.

Pero no todo es ganancia para las plantas. La combinación de los olores de las flores con los de las hojas reducen su eficiencia mutuamente. He ahí el dilema. ¿Usar energía en la atracción de insectos y en la reproducción, o invertir en la defensa contra los herbívoros?

La acumulación de cambios en el tiempo ha llevado a que las plantas con flor ajusten sus esencias aromáticas a sus necesidades en cualquier momento, y así atraer a un insecto polinizador de una manera más enfocada.

En una investigación llevada a cabo por investigadores de instituciones suizas e italianas, los científicos observaron la reacción de la Brassica rapa, una planta cuya flor es comestible, cuando fue infestada de herbívoros. Los autores del trabajo demostraron que después de que los parásitos invadieron la planta, ésta redujo su aroma floral y comenzó a emitir señales aromáticas provenientes de sus hojas.

Los investigadores aseguran que disminuir el aroma floral hace a la planta menos atractiva a los insectos que la polinizan, y más atractiva para los animales que matan a los herbívoros. Una vez que la planta ya tiene a muchos de los segundos, produce más flores para compensar la pérdida del atractivo, y así tener más polinizadores.

Este es un ejemplo de las interacciones ecológicas entre plantas y polinizadores. Es evidencia de que los aromas florales son parte del intercambio con otros olores, todos con consecuencias para la planta. Y, sobre todo, de la flexibilidad de las plantas para adaptarse a su medio.

Bibliografía:

Nota fuente en EurekAlert! |Artículo  en New Phytologist| Nota de Historias Cienciacionales

¿Cuánto debe cambiar una planta para perder sus cloroplastos?

cadaver En el país de las maravillas, Alicia se encuentra a la oruga y, muy confundida, le dice: “sabía quién era cuando me desperté esta mañana, pero creo que he cambiado varias veces desde entonces”. ¿Se podrá cambiar lo suficiente como para dejar de ser uno mismo? Los integrantes de Historias Cienciacionales no estamos muy seguros de cuántos organismos en la historia de la vida en la Tierra se han hecho esta pregunta filosófica, pero tenemos la ligera sospecha de que por lo menos una planta sí se la ha hecho.

Les presentamos a la flor cadáver, conocida en los libros de botánica como Rafflesia lagascae. Su gran tamaño no es lo único inusual: carece de una característica distintiva del reino vegetal, los cloroplastos. Estos organelos dan a las plantas su color verde, convierten la luz solar en azúcares y llevan a cabo una gran variedad de procesos químicos. Incluso, tienen su propio material genético, un rasgo que ha servido de argumento para la apoyar la teoría de la endosimbiosis (la asociación entre dos organismos, en el que uno habita dentro del otro).

La flor cadáver, que recibe su nombre común del fuerte olor que despide, pertenece a un grupo de plantas que son parásitas de otras y que han perdido la habilidad para realizar fotosíntesis. Al hacer la secuenciación de su material genético para buscar rastros de sus cloroplastos, veremos que la planta lo ha perdido todo.

Los restos de genes de cloroplastos en la flor cadáver provienen de aquellas que le han servido de anfitrionas. Esto significa que el grupo al que pertenecen la flor cadáver es el primero que se observa que carece de material genético de cloroplastos. De tenerlo, está oculto y a niveles muy bajos. Los expertos en el tema sugieren que, una vez que los cloroplastos perdieron su función principal –realizar la fotosíntesis–, los genes se desintegraron gradualmente o se movieron, ya sea al genoma principal o al de la mitocondria, otro organelo.

Cabe mencionar que el color verde y los cloroplastos no es lo que hace a una planta lo que es. Pero así como Alicia ha cambiado mucho desde que amaneció, nuestra flor cadáver ha cambiado lo suficiente como para perder una característica fundamental de las plantas. ¿Cuánto tiempo más necesitará para dejar de ser una planta?

Bibliografía:

Artículo original | Nota Fuente en Science | Imagen | Nota Original en el Blog de Historias Cienciacionales

 

La conquista espacial de las plantas

25012014

A la humanidad no le basta la Tierra: distintas agencias espaciales continúan a la vanguardia en investigación y producción de tecnología para alcanzar la meta de poblar otros mundos.

Hasta ahora, algunos planetas cercanos e incluso otros cuerpos celestes, principalmente Marte y nuestra propia Luna respectivamente, se han vislumbrado como fuertes candidatos de una futura modificación atmosférica, térmica y ecológica. Lo anterior con el objetivo de convertirlos en lugares menos hostiles para la vida humana. De lograrse, sería la más grande hazaña de la ingeniería aeroespacial.

Se pretende que, tras haber concluido las primeras etapas de terraformación, las plantas formen parte de los sistemas de soporte vital bioregenerativos en estos nuevos hogares, aportando oxígeno, agua potable y alimentos. Además, establecer vida vegetal en suelos marcianos o lunares añadiría un nuevo nivel de autosuficiencia requerido para mantener la vida humana en colonias extraterrestres.

Uno de los principales objetivos actuales es comprender la biología de las plantas cuando crecen a gravedades menores a la terrestre. Desafortunadamente, generar distintas condiciones gravitacionales en los laboratorios resulta complicado. No tanto así en la Estación Espacial Internacional, donde se pueden simular distintos campos gravitacionales dentro de sus módulos de investigación, incluyendo uno semejante al de la Tierra que funcione como control experimental.

Hoy en día, se ha demostrado que las plantas sometidas a microgravedad presentan un desbalance general en su suministro de líquidos y nutrientes. En contraste, se ha visto que estas condiciones pueden facilitar el intercambio de gases.

A pesar de los importantes avances obtenidos, aún falta producir mucho más conocimiento antes de poder lanzar en misiones de terraformación a las primeras plantas conquistadoras. Hagamos un llamado a los científicos, entonces, a continuar los estudios y hacer uso de las nuevas tecnologías para acortar el tiempo que nos separa de los viajes espaciales prolongados. Puede ser que, en el proceso, descubramos una nueva faceta de nuestra propia existencia.

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Esta es la primera colaboración de Columba Martínez con Historias Cienciacionales. Estudiante de biología, enamorada de la vida y apasionada de la fotografía, Columba también está involucrada en un proyecto de gestión ambiental en comunidades rurales marginadas.

Bibliografía: Artículo original en Wiley Online Library |  Nota en el blog de Historias Cienciacionales

¿Cómo me muevo si no me gusta donde vivo y… soy una planta?

distintos tipos de semillas que produce Heterosperma pinnatum. A la izquierda observamos una semilla sin estructuras de dispersión, las cuales usualmente se encuentran de 10 a 20 cm de su madre. A la derecha se observan dos semillas con estructuras dispersión, las cuales se adhieren al pelaje de los animales. (Tomada por LFVV Boullosa) Cuando las condiciones no están a nuestro favor, ya sea por desastres naturales, escasez de alimentos, desempleo u otros factores, los seres humanos tendemos a migrar hacia lugares con mejores oportunidades. Lo mismo ocurre con otros animales; por ejemplo, la fantástica migración que ocurre en África, donde cientos de miles de ñus, gacelas y cebras migran del Serengueti, Tanzania, a Maasai Mara, en Kenia, en búsqueda de pastos para alimentarse. Pero, ¿qué ocurre con las plantas si las condiciones en donde se establecieron no son las ideales?

Sabemos que la única forma que tienen las plantas de trasladarse de un lugar a otro es cuando su vida apenas comienza, en forma de semillas, y, cuando crecen, son incapaces de decidir si las condiciones en donde crecieron son las ideales para quedarse o moverse de sitio. Sin embargo, para cambiar sus condiciones, requerirían obtener y procesar información del ambiente y, de alguna manera, cambiar las forma que tienen sus semillas. Esto, de acuerdo con Carlos Martorell y Marcela Martínez, investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de México, es exactamente lo que pasa en la planta Heterosperma pinnatum.

En entrevista con Historias Cienciacionales, Martorell, especialista en la ecología de ambientes limitantes, comenta: “Existen muy pocos estudios que tratan este tema; sin embargo, hay muchas especulaciones en el mundo al respecto”

En la planta que estudiaron se encontró que cuando el ambiente que la rodea es muy seco o la competencia por los recursos es alta, la misma planta promueve la producción de semillas con una alta capacidad de dispersión, siendo completamente diferentes a las semillas producidas por las plantas que se encuentran en zonas donde las condiciones son favorables (mayor humedad y menor competencia por recursos).

“Esencialmente, las estructuras que poseen las semillas con alta capacidad de dispersión las ayudan a adherirse al pelaje de los animales y, conforme se les cae el pelo, se dispersan las semillas, lo que hace que viajen distancias de cientos de metros, ¡que para una planta es muchísimo!”. Las semillas producidas por plantas en buenas condiciones de crecimiento, por su parte, sólo se separan de su madre unos 10-20 cm.

El estudio, de acuerdo con Martorell, fue una serendipia: “Nos encontrábamos estudiando la respuesta hídrica de muchas especies. Al principio no nos interesaba mucho el tema de las semillas pero, conforme avanzó el proyecto, nos dimos cuenta de que los datos eran muy interesantes”.

Por medio de la regulación de la proporción de cada tipo de semilla, dependiendo de las condiciones ambientales, la planta es capaz de decidir si sus descendientes continuarán explotando los recursos locales o si se enfrentarán al riesgo de explorar nuevas tierras para mejorar sus oportunidades de sobrevivir y reproducirse.

Bibliografía‎:

Nota fuente en Oikos: Synthesising Ecology | Artículo original en Oikos | Historias Cienciacionales agradece al Dr. Carlos Martorell, Investigador de la Universidad Nacional Autónoma de México por concedernos la entrevista.

¡Recórranlo 100 millones de años!: las angiospermas surgieron antes de lo que creíamos.

En la imagen se observa un grano de polen fosilizado en el Triásico (Universidad de Zurich). ¡Les presentamos el polen fosilizado más viejo encontrado hasta la fecha! El descubrimiento realizado en Suiza y que “ha esperado” 240 millones de años para ver la luz, nos ha cambiado nuestra línea del tiempo y ha puesto la evolución de las plantas con flores 100 millones de años antes de lo que creíamos. Lo suficiente como para mandar a editar unos cuantos libros de texto.

Las angiospermas, o plantas con flores, evolucionaron de ancestros ya extintos de plantas relacionadas con las coníferas, ginkgos, cicadas y helechos, que en general las podemos englobar como gimnoespermas (plantas con semilla desnuda).

Los fósiles más antiguos que podemos encontrar de las plantas con flores normalmente son los granos de polen, los cuales se producen en los sacos polínicos de los estambres de las flores. Debido a su composición, su tamaño y la cantidad en la que se producen, es más fácil encontrarlos en el registro fósil que encontrar fósiles de plantas o flores.

Actualmente se tenía una secuencia ininterrumpida de polen proveniente de flores desde el Cretácico tardío (140 millones de atrás) por lo que generalmente se asumía que las primeras plantas con flores habían evolucionado alrededor de ese tiempo. Sin embargo, el nuevo descubrimiento implica que las flores podrían haberse originado en el Triásico tardío (entre 252 a 247 millones de años atrás) o posiblemente antes.

Este descubrimiento viene a ayudar a los muchos estudios que han intentado estimar la edad de las angiospermas usando herramientas moleculares que, hasta ahora no han tenido consenso ya que, dependiendo de los datos y los métodos, los estimados las colocaban entre el Triásico y el Cretácico. (Seguramente ya habrá algunos investigadores haciendo llamadas a sus colegas para decirles el clásico: “¡Te lo dije!”) Hay que tomar en cuenta que cuando alguien estudia a los organismos del pasado con base en los datos moleculares, nunca se puede tener la última palabra si no existe la evidencia fósil. “Es por eso que el presente descubrimiento del polen similar al de las flores del Triásico es significativo”, comentó Peter Hochuli, investigador de la Universidad de Zurich y autor del descubrimiento.

El descubrimiento se realizó estudiando dos núcleos de perforación que se tomaron en Weiach y Leuggern, lugares que se encuentran en el norte de Suiza. En ellos se encontraron los granos de polen fosilizados y las imágenes se tomaron mediante microscopía confocal de barrido láser.

La apariencia de estas plantas, por ahora, será un misterio. Sin embargo, podemos imaginar que la zona en la que fueron encontrados se hallaba en los subtrópicos y en una zona seca. De igual forma, gracias a la estructura del polen, se puede sugerir que estas plantas eran polinizadas por escarabajos ya que, para que la Tierra viera abejas, aún faltaban 100 millones de años.

 

Fuentes:

Nota de la Universidad de Zurich | Artículo en Frontiers in Plant Science: Plant Evolution and Development | Nota en el blog de Historias Cienciacionales