Estudiar las plantas es fundamental para garantizar que podamos seguir cultivando en el futuro, a medida que el cambio climático hace que el tiempo sea cada vez más extremo.
Investigaciones recientes han descubierto que las plantas utilizan un sistema llamado hidrosignalización para gestionar dónde se ramifican las raíces en respuesta a la disponibilidad de agua en el suelo.
El estudio también demuestra que las hojas detienen la pérdida de agua durante las condiciones de sequía cerrando microporos llamados estomas en su superficie.
Dados los cambios en los patrones de lluvia en todo el planeta, la capacidad de las plantas para detectar y adaptarse a una gama de condiciones de humedad del suelo es hoy más importante que nunca.
Las plantas han colonizado la gran mayoría de la superficie de la Tierra. ¿Cuál es la clave de su éxito?
Mucha gente suele considerar a las plantas como formas de vida simples y carentes de sensibilidad. Pueden vivir arraigadas en un único lugar, pero cuanto más aprenden los científicos sobre ellas, más complejas y receptivas de lo que llegamos a comprender. Son excelentes para adaptarse a las condiciones locales. Las plantas son especialistas, y aprovechan al máximo lo que tienen cerca del lugar donde germinan.
Entender los entresijos de la vida vegetal es mucho más que despertar admiración en las personas, sin embargo. Estudiar las plantas también sirve para garantizar que podamos seguir cultivando cultivos en el futuro, a medida que el cambio climático hace que el tiempo sea cada vez más extremo.
Las señales ambientales determinan el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Por ejemplo, muchas plantas utilizan la duración del día como señal para desencadenar la floración. La mitad oculta de las plantas, las raíces, también utiliza señales de su entorno para asegurar que su forma se optimice para buscar agua y nutrientes.
Las raíces protegen a sus plantas de factores de estrés como la sequía adaptando su forma (por ejemplo, ramificándose para aumentar su superficie) para encontrar más agua. Pero hasta hace poco no entendíamos cómo las raíces detectan si hay agua disponible en el suelo circundante.
El agua es la molécula más importante de la Tierra. Demasiada o muy poca puede destruir un ecosistema. El devastador impacto del cambio climático (como se ha visto recientemente en Europa y en el este de África) está haciendo que tanto las inundaciones como las sequías sean más frecuentes. Dado que el cambio climático está haciendo que los patrones de lluvia sean cada vez más erráticos, comprender cómo responden las plantas a la escasez de agua es fundamental para hacer que los cultivos sean más resistentes.
Echar raíces
Nuestro equipo de científicos de plantas y suelos, así como de matemáticos, descubrió recientemente cómo las raíces de las plantas adaptan su forma para maximizar la absorción de agua. Normalmente, las raíces se ramifican horizontalmente. Pero detienen la ramificación cuando pierden contacto con el agua (por ejemplo, al crecer a través de un hueco lleno de aire en el suelo) y solo reanudan la ramificación cuando vuelven a conectarse con el suelo húmedo.
Nuestro equipo descubrió que las plantas utilizan un sistema llamado hidrosignalización para gestionar dónde se ramifican las raíces en respuesta a la disponibilidad de agua en el suelo.
La hidrosignalización es la forma en que las plantas detectan dónde está el agua, no midiendo directamente los niveles de humedad, sino detectando otras moléculas solubles que se desplazan con el agua dentro de las plantas. Esto solo es posible porque (a diferencia de las células animales) las células vegetales están conectadas entre sí mediante pequeños poros.
Estos poros permiten que el agua y las pequeñas moléculas solubles (incluidas las hormonas) se desplacen juntas entre las células y los tejidos de la raíz. Cuando la raíz de la planta absorbe agua, esta viaja a través de las células epidérmicas más externas.
Las células externas de la raíz también contienen una hormona que promueve la ramificación llamada auxina. La absorción de agua desencadena la ramificación al movilizar la auxina hacia los tejidos internos de la raíz. Cuando el agua ya no está disponible externamente, por ejemplo cuando una raíz crece a través de un hueco lleno de aire, la punta de la raíz sigue necesitando agua para crecer.
Así, cuando las raíces no pueden absorber agua del suelo, deben depender del agua de sus propios haces vasculares situados en el interior profundo de la raíz. Esto cambia la dirección del movimiento del agua, que pasa a moverse hacia fuera, lo que altera el flujo de la hormona de ramificación auxina.
La planta también produce una hormona antirramificación llamada ABA en sus haces vasculares de la raíz. El ABA también se desplaza con el flujo del agua, en dirección opuesta a la auxina. Así, cuando las raíces extraen agua de los haces vasculares de la planta, también están atrayendo hacia sí la hormona antirramificación.
El ABA detiene la ramificación de la raíz cerrando todos los pequeños poros que conectan las células de la raíz, algo parecido a las compuertas blindadas de un barco. Esto aísla las células de la raíz unas de otras e impide que la auxina se desplace libremente con el agua, bloqueando la ramificación de la raíz. Este sencillo sistema permite a las raíces de las plantas ajustar finamente su forma a las condiciones locales de agua. Se denomina xerobranching (se pronuncia zerobranching).
El poder de las flores
Nuestro estudio también descubrió que las raíces de una planta utilizan un sistema similar al de sus brotes para reducir la pérdida de agua. Las hojas detienen la pérdida de agua durante las condiciones de sequía cerrando microporos llamados estomas en su superficie. El cierre de los estomas también es activado por la hormona ABA. De forma similar, en las raíces el ABA reduce la pérdida de agua cerrando nanoporos llamados plasmodesmos, que unen entre sí todas las células de la raíz.
Las raíces de tomate, berro de Thale, maíz, trigo y cebada responden a la humedad de esta manera, a pesar de haber evolucionado en suelos y climas diferentes. Por ejemplo, los tomates se originaron en un desierto sudamericano, mientras que el berro de Thale procede de regiones templadas del centro de Asia. Esto sugiere que el xerobranching es un rasgo común en las plantas con flores, que son más de 200 millones de años más jóvenes que las plantas sin flores, como los helechos.
Las raíces de los helechos, una especie de planta terrestre de evolución temprana, no responden al agua de esta manera. Sus raíces crecen de forma más uniforme. Esto sugiere que las especies con flores se adaptan mejor al estrés hídrico que las primeras plantas terrestres, como los helechos.
Las plantas con flores pueden colonizar una gama más amplia de ecosistemas y entornos que las especies sin flores. Dados los rápidos cambios en los patrones de lluvia en todo el planeta, la capacidad de las plantas para detectar y adaptarse a una amplia gama de condiciones de humedad del suelo es hoy más importante que nunca.
