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Ciencia & Tec

Las plantas carnívoras evolucionaron de mecanismos defensivos


Las plantas que se alimentan de insectos han fascinado a los biólogos durante más de un siglo.

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Un estudio de la base molecular de la carnivoría de las plantas ha aportado pruebas de que evolucionó a partir de los mecanismos que las plantas utilizan para defenderse.

Las plantas que se alimentan de insectos han fascinado a los biólogos durante más de un siglo, pero la forma en que las plantas desarrollaron la capacidad de capturar y consumir presas vivas ha sido en gran medida un misterio.

La investigación, realizada los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos, junto con colaboradores de la Universidad de Washington en San Luis, ambos en Estados Unidos, y publicada en ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ (PNAS), detalla cómo las moléculas de calcio se mueven dinámicamente dentro de las células de las hojas de las plantas carnívoras en respuesta al toque de una presa viva.

La fluctuación del calcio conduce a los movimientos de las hojas para la captura de las presas, probablemente a través de un aumento de la producción de hormonas defensivas. Los hallazgos amplían la comprensión de los científicos sobre cómo las plantas interactúan con su entorno.

“Si podemos aprender más sobre cómo se han adaptado plantas como éstas y otras para responder a sus entornos únicos, entonces quizás podamos alterar estas vías moleculares en el futuro para desarrollar plantas que puedan sobrevivir en condiciones más duras”, explica en un comunicado la coautora, la profesora Joanne Chory, directora del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas del Salk e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes.

Los biólogos han llegado a comprender que plantas como la drosera (‘Drosera spatulata’) probablemente han adaptado la carnivoría para sobrevivir en condiciones de escasez de nutrientes. Sin embargo, las droseras son difíciles de cultivar y su ADN no se ha secuenciado hasta hace poco, por lo que los científicos tenían dificultades para examinar cómo funciona la carnivoría a nivel celular.

Tampoco estaban seguros de cómo las plantas carnívoras desarrollaban comportamientos asociados a la captura de presas, como los movimientos de las hojas y la secreción de enzimas digestivas.

“Las plantas carnívoras de drosera no son organismos modelo –precisa Carl Procko, primer autor del artículo y científico del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas del Salk–. Menos de un puñado de laboratorios en el mundo han sido capaces de modificarlas genéticamente, así que hemos tenido que aprender nuevas técnicas para examinarlas de cerca”.

Para este estudio, los científicos aplicaron herramientas genéticas para obtener imágenes de los cambios dinámicos de las moléculas de calcio en las hojas a medida que las presas de los insectos se posaban en ellas y eran capturadas allí por secreciones pegajosas.

En las plantas no carnívoras, la señalización del calcio desempeña muchas funciones vitales, como la activación de la vía de defensa del ácido jasmónico para repeler plagas de insectos no deseadas. El ácido jasmónico también responde a la actividad eléctrica, que es un elemento crítico para la captura de presas en algunas plantas carnívoras, como la drosera.

Los científicos querían saber si esta misma vía de defensa de las plantas no carnívoras podría ser también necesaria para el comportamiento carnívoro de la drosera.

Así, el equipo descubrió que los cambios en el calcio dentro de la célula de la planta eran necesarios para la activación de los genes a los que suele dirigirse el ácido jasmónico cuando la hoja se dobla hacia dentro, atrapando al insecto en los jugos digestivos.

Observaron además que las hojas de drosera se doblaban menos cuando se les daba una presa no viva y cuando se bloqueaban sus canales de calcio. Estos hallazgos demuestran que el calcio ayuda en las respuestas de captura de presas de los insectos y, junto con el trabajo de otros, apoya la idea de que el ácido jasmónico está implicado en la digestión de los insectos.

“Fue fascinante ver cómo estas plantas responden a la estimulación mecánica asociada a las presas, como el tacto –reconoce Ivan Radin, coautor y científico investigador de la Universidad de Washington–. La capacidad de percibir y responder a las fuerzas mecánicas es algo que la mayoría de la gente no asocia con las plantas, especialmente en esta escala de tiempo tan rápida. Nuestro trabajo proporciona una hermosa visión de este hecho”, asegura.

“Los hallazgos muestran que el calcio también está involucrado y que probablemente acelera las respuestas del ácido jasmónico, de forma similar a cómo las plantas no carnívoras responden defensivamente a la estimulación mecánica de las plagas –subraya Chory, titular de la Cátedra Howard H. y Maryam R. Newman de Biología Vegetal–. Esto da más credibilidad a la idea de que la carnivoría en las droseras puede ser una vía de defensa evolucionada”.

Ahora los investigadores aplicarán técnicas genéticas similares para estudiar otras plantas carnívoras que hasta ahora eran demasiado difíciles de examinar. Esperan seguir investigando las bases moleculares de los mecanismos de captura de presas para comprender mejor cómo evolucionó la carnivoría en especies emparentadas a distancia y ver si los cultivos podrían beneficiarse de la adaptación de sus vías de respuesta al medio ambiente y a los insectos para sobrevivir en entornos difíciles.

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