plantas

Si os gusta la música de los 80 puede que conozcáis este tema de Stevie Wonder:

 

Formaba parte de la banda sonora del documental “La vida secreta de las plantas”, basado en el libro homónimo de Peter Tompkins y Christopher Bird 1. En este libro se realizaban afirmaciones tales como que las plantas tenían sistema nervioso, cerebro, e incluso poderes telepáticos 2. Obviamente, la comunidad científica criticó estas afirmaciones por su falta de evidencias experimentales y su carácter más cercano a lo paranormal.

 

Pero en la última década están surgiendo nuevos estudios que indican que, de alguna forma, las plantas pueden comunicarse por distintos medios. En este artículo vamos a repasar algunas de las últimas investigaciones en este campo.

 

Unos comienzos difíciles

Fue precisamente el éxito del documental basado en el libro de Tompkins y Bird el que impulsó el escepticismo sobre la comunicación vegetal entre la comunidad científica. Debido a ello los primeros trabajos que apuntaban en esta dirección fueron muy cuestionados.

 
A principios de la década de los 80 David Rhoades, un zoólogo de la Universidad de Washington, descubrió que algunas especies de árbol fabricaban compuestos químicos para hacer menos apetecible o nutritivo el follaje a los insectos 3. Por ejemplo, observó que una especie de sauce (Salix sitchensis) modificaba la composición de sus hojas cuando era atacada por orugas de librea. Si posteriormente, en el laboratorio, se alimentaban estos insectos con las hojas de árboles infestados, el crecimiento de las orugas era menor. Pero su descubrimiento más controvertido estaba por llegar: el crecimiento de las orugas también se veía afectado por las hojas de los árboles vecinos al infectado, y Rhoades dedujo que había una especie de comunicación entre el árbol infectado y los árboles cercanos.  


Flor de sauce (Salix sitchensis) atacada por un coleóptero. Fuente: Wikipedia

 

El mismo año en que Rhoades publicó este descubrimiento (1983), los botánicos Ian Baldwin y Jack Schultz de la Universidad de Dartmouth observaron que los árboles jóvenes de arce que se encontraban cerca de otros arces cuyas hojas habían sido mordidas por herbívoros, activaban sus sistemas de defensa y producían fenoles para repeler a los animales. Lo explicaron como una especie de “comunicación” en la que los árboles dañados avisaban mediante compuestos químicos a los árboles vecinos. 4

 

Estos estudios fueron duramente criticados por la comunidad científica, que los acusó de fallos de diseño, problemas de reproducibilidady, en general, de sensacionalistas. Debido a ello, estas líneas de investigación fueron prácticamente abandonadas durante una década.

 

Olores: comunicación aérea

Pero nuevos estudios han demostrado que muchas variedades de plantas producen compuestos orgánicos volátiles (COVs) al encontrarse en una situación de peligro o estrés. En 1990, Ted Farmer y Clarence Ryan de la Washington State University  publicaron los resultados obtenidos al trabajar con la planta de artemisa 5. Esta planta produce grandes cantidades de metil jasmonato, un compuesto volátil que Ryan pensaba que estas plantas podrían utilizar para repeler a los insectos herbívoros. Cuando colocaron en tarros herméticos plantas de tomate junto con hojas de artemisa dañadas, los tomates empezaron a producir inhibidores de proteinasa — compuestos que afectan a los insectos interrumpiendo su digestión.

 

Captura de pantalla 2014-04-23 a la(s) 01.29.00

La molécula de metil jasmonato, la primera “palabra” oída a una planta. Fuente: Wikipedia

 

Richard Karban, de la Universidad de California, replicó este experimento fuera del laboratorio 6. Para ello hizo cortes en las hojas de artemisa, imitando las heridas de los insectos para inducir la producción de metil jasmonato, y observó que las plantas salvajes de tabaco vecinas empezaban a generar la enzima defensiva polifenol oxidasa. Al acabar la estación, estas plantas tenían menos daños en las hojas debidos a insectos que plantas más alejadas de las artemisas dañadas.

 

Desde entonces, numerosos estudios han confirmado esta emisión de COVs en situaciones de peligro en diferentes especies. Por ejemplo, cuando las plantas salvajes de judía blanca se exponen a los COVs de otras plantas de judías devoradas por escarabajos, crecen más rápido y son capaces de repeler los ataques de estos insectos. 7

 

Esta comunicación no ocurre solo entre plantas, sino que algunas plantas pueden comunicarse directamente con los propios insectos. Por ejemplo, cuando el maíz es atacado por gardamas (o orugas soldado) libera una nube de COVs que atrae a avispas que ponen huevos en los cuerpos de las orugas 8.

 

La investigación se centra ahora en desvelar la composición de los COVs y establecer cómo se “codifican” los mensajes. Estudios realizados mediante cromatografía de gases o espectroscopia de masas parecen indicar que es la combinación de compuestos la que define el mensaje. En una investigación llevada a cabo en Japón se encontró que si se eliminaba un solo componente de la mezcla de cinco COVs emitida por margaritas atacadas por herbívoros, se reducía significativamente la expresión de genes asociada a la biosíntesis de insecticida en estas plantas. 9

 

“Los compuestos químicos individuales son las palabras,” cuenta Jarmo Holopainen, un ecólogo de la Universidad de Finlandia Occidental, a The Scientist 10, “ y estas palabras se combinan para construir frases específicas.” Por desgracia, añade, los investigadores aún no saben qué significan estos compuestos y cómo son percibidos por las plantas. “Hemos progresado poco en descifrar el código químico.”

 

Tacto: comunicación mediante las raíces

Pero las plantas no solo se comunican por vía aérea, sino que también interaccionan mediante sus raíces en la rizosfera. Durante los últimos años, el equipo israelí dirigido por Ariel Novoplansky ha obtenido pruebas de que las plantas espían a sus vecinas a través de las raíces. Este equipo de investigadores colocó grupos de seis plantas de guisantes de forma que cada maceta contenía las raíces de dos plantas distintas. Entonces sometían a la primera planta de cada grupo a condiciones similares a la sequía y evaluaban la respuesta de sus vecinas midiendo la anchura de los poros microscópicos, denominados estomas, en la superficie de las hojas, que se cierran como respuesta a la sequía.

 

Estomas2

Imagen al microscopio electrónico de los estomas de una hoja (en azul). Fuente: Wikipedia

Quince minutos después de empezar la simulación de sequía, la planta afectada cerraba sus estomas, pero también su vecina más próxima, lo cual sugería que se había enviado algún tipo de señal de aviso de sequía. Pero más sorprendente aún fue que al cabo de una hora todas las vecinas de la planta afectada por la sequía, desde la más cercana a la más alejada, habían cerrado sus estomas, indicando que había recibido el mismo mensaje. En un grupo de control cercano físicamente, en el que se habían bloqueado la comunicación entre las raíces, el estoma permanecía abierto, demostrándose así que la comunicación había tenido lugar a través de las raíces 11. Puedes ver a Novoplansky explicando sus experimentos en este vídeo del TEDx Jaffa 2012 (en inglés):

 

 

“El descubrimiento de que las plantas se comunican el peligro de sequía mediante las raíces ya es en sí mismo un descubrimiento novedoso.” dice Novoplansky10. “Pero para mí había un aspecto más interesante e importante: las plantas vecinas no afectadas por la sequía no solo respondían como si estuvieran realmente afectadas, sino que además enviaban la misma señal a sus vecinas, de forma que gracias a las plantas no afectadas el mensaje podía llegara a plantas más alejadas.” Actualmente, su equipo está estudiando qué compuesto químico está implicado en esta señal de aviso, aunque el candidato más probable es el ácido abscísico, que está implicado en la respuesta vegetal a la sequía y al estrés osmótico.

 

Conexión por fibra óptica: hongos

Durante el otoño de 2009, en un invernadero victoriano del Jardín Botánico Cruickshank en la Universidad de Aberdeen en Escocia, Zdenka Babikova llenó macetas de 30 cm de diámetro con tierra que contenía Glomus intraradices, un hongo micorrizas que conecta las raíces de las plantas con sus hifas, los filamentos que se ramifican y constituyen el micelio del hongo. Como si fuera un mercadillo subterráneo, estas redes de hifas facilitan el intercambio de nutrientes entre los hongos y las plantas. En cada maceta, Babikova plantó 5 ejemplares de habas: una planta “donante” rodeada de cuatro plantas “receptoras”. Una de las receptoras podía crear conexiones con la donante a través de las raíces y la micorriza, otra solo mediante contacto con la micorriza, y las otras dos no podían formar ninguno de los dos tipos de conexiones. En cuanto las redes de micorrizas se habían creado, Babikova infestó las plantas donantes con pulgones y aisló cada planta con bolsas de plástico individuales que permitían el paso de dióxido de carbono, agua, y vapor de agua, pero bloqueaba el acceso de moléculas más grandes, como las COVs que permiten la comunicación por el aire.

 

Aphididae_(aka)

Un pulgón sobre el tallo de una planta. Fuente: Wikipedia

 

Cuatro días más tarde, Babikova introdujo pulgones o avispas parásitas individuales en cámaras de elección esféricas para comprobar cómo reaccionaban a los aromas de COVs tomados de las plantas receptoras. Solo las plantas que habían creado conexiones micorrizales  con la planta infestada repelían a los pulgones y atraían a las avispas, un indicio de que las plantas efectivamente usaban su simbiosis con los hongos para transmitir avisos 12. Así, las hifas de los hongos constituyen una especie de cableado de fibra óptica por el que se comparte información. Esta infraestructura podría permitir también la comunicación a largas distancias, ya que existen redes de hongos que ocupan la extensión de un bosque entero, con árboles conectados con otras decenas de árboles separados hasta 20 metros.

 

Otros canales de comunicación

Monica Gagliano, una especialista en fisiología vegetal de la Universidad de Western Australia lleva unos años investigando la posibilidad de que las plantas también se comuniquen mediante sonidos. Recientemente demostró que las raíces de brotes de maíz se inclinan hacia la fuente de un zumbido de 220 hercios, y que estas raíces emiten chasquidos de una frecuencia similar 13. En otro estudio su equipo observó que los brotes de chile aceleran su crecimiento en presencia de plantas de hinojo, aunque ambas especies estaban aisladas individualmente en cajas que no permitían el paso de olores u otros compuestos químicos, sino solo sonido 14.

 

Pero la comunidad científica es aún escéptica con esta teoría de comunicación mediante sonidos, básicamente porque no se conocen en la fisiología vegetal ningún tipo de órganos que puedan emitir o captar sonidos, los equivalentes a la boca y oído humanos. De hecho, los resultados de Gagliano fueron rechazados por seis revistas y la aceptación para su publicación en PLOS ONE en Abril de 2012 requirió la repetición de experimentos para satisfacer a siete revisores distintos.

 

Audrey-II-and-Little-singing-plantlets-little-shop-of-horrors-6641540-500-270

La idea de dos plantas hablando no es nueva: ya apareció en el clásico del cine “Little shop of horrors”.

 

Hace tan solo unos meses, un nuevo posible mecanismo de comunicación entre plantas apareció en escena. Ted Farmer descubrió un mecanismo basado en pulsos eléctricos que recuerda de forma lejana al sistema nervioso animal 15.

 

Farmer colocó electrodos en las hojas y los tallos de una Arabidopsis thaliana (un organismo modelo, el equivalente a una rata de laboratorio en fisiología vegetal) y dejó que un grupo de polillas se dieran un festín con ella. En cuestión de segundos, se generó una pequeña corriente desde la zona dañada hacia el tallo de la hoja. A medida que se irradiaban las señales, el ácido jasmónico se iba acumulando, incluso lejos de la zona dañada. Los genes involucrados en la transmisión de la señal eléctrica crean canales en una membrana que se encuentra en el interior de las paredes celulares de la planta; estos canales mantienen el potencial eléctrico regulando el paso de iones cargados. Estos genes son análogos evolutivamente a los receptores reguladores de iones que usan los animales para transmitir señales sensoriales a través de su cuerpo, lo cual sugiere que estos mecanismos proviene de un antecesor común. Evidentemente, el estudio de Farmer no implica que las plantas tengas neuronas, ni cerebros, ni nada similar a los sistemas de comunicación animal.

 

Pero, ¿por qué comunicarse?

A pesar de estas evidencias, muchos científicos se plantean si estos datos indican realmente una comunicación entre plantas. La cuestión que queda abierta es la relevancia evolutiva de esta supuesta comunicación; Karban sugiere que el nombre “comunicación” no es correcto, y que el más adecuado sería “espionaje” 16. La idea es que las plantas estarían liberando COVs para tratar de comunicarse de forma rápida con otras partes de ellas mismas, lo cual explicaría que las emisiones no viajen más de un metro, y las plantas vecinas estarían “escuchando” y se beneficiarían de estas señales.

 

Usos en agricultura

La posibilidad de que exista esta comunicación vegetal no sólo interesa a los botánicos; podría explotarse para mejorar la resistencia de las cosechas a las plagas. Según un estudio 17 de 2011 las semillas híbridas de maíz comercial habían perdido parte de su capacidad de liberar COVs para atraer a las avispas parasitarias que atacan a las polillas del barrenador del maíz. Si pudieran devolverse a las cosechas estas características defensivas, se reduciría la cantidad de pesticida necesario. Otra posibilidad podría ser cultivar plantas con una sensibilidad particular o respuestas defensivas intensas en puntos dispersos de la cosecha. Como un canario en una mina de carbón, estos centinelas serían los primeros en detectar y reaccionar al peligro, alertando a las plantas vecinas. Según Novoplansky10, “aplicar estos conocimientos [sobre comunicación entre plantas] a la agricultura podría constituir un gran avance, pero espero que sea posible en un futuro cercano.” Independientemente de que estas aplicaciones lleguen a ver la luz, la ciencia de la interacción entre plantas está desafiando las definiciones de comunicación y el comportamiento como atributos exclusivos de los animales.

 

En la revisión de este artículo ha colaborado Rosa Porcel (@bioamara)
Artículo basado en 1 y 2 de QuantaMagazine y TheScientist

Referencias:

  1. “The Secret Life of Plants: A fascinating account of the physical, emotional, and spiritual relations between plants and man”. Peter Tompkins and Christopher Bird (1973).
  2. Podéis encontrar un resumen en esta entrada de El Museo de la Ciencia.
  3. “Responses of Alder and Willow to Attack by Tent Caterpillars and Webworms: Evidence for Pheromonal Sensitivity of Willows”. David F. Rhoades. Plant Resistance to Insects. January 20, 1983, 55-68 (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/bk-1983-0208.ch004).
  4. “Rapid Changes in Tree Leaf Chemistry Induced by Damage: Evidence for Communication Between Plants”. Ian T. Baldwin and Jack C. Schultz. Science 15 July 1983: 221 (4607), 277-279 (http://www.sciencemag.org/content/221/4607/277.abstract).
  5. “Interplant communication: Airborne methyl jasmonate induces synthesis of proteinase inhibitors in plant leaves”. Edward E. Farmer and Clarence A. Ryan. Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 87, pp. 7713-7716, October 1990 (http://www.pnas.org/content/87/19/7713.long).
  6. “Communication between plants: induced resistance in wild tobacco plants following clipping of neighboring sagebrush”. R. Karban et al, Oecologia, 125:66-71, 2000 (http://www.jstor.org/discover/10.2307/4222746).
  7. “Within-plant signaling by volatiles leads to induction and priming of an indirect plant defense in nature”. Martin Heil and Juan Carlos Silva Bueno. PNAS 2007 104 (13) 5467-5472 (http://www.pnas.org/content/104/13/5467).
  8. “An Elicitor of Plant Volatiles from Beet Armyworm Oral Secretion”. H.T. Alborn et al. Science 9 May 1997. Vol. 276 no. 5314 pp. 945-949 (http://www.sciencemag.org/content/276/5314/945).
  9. “Specific regulation of pyrethrin biosynthesis in Chrysanthemum cinerariaefolium by a blend of volatiles emitted from artificially damaged conspecific plants”. Y. Kikuta et al., Plant Cell Physiol, 52:588-96, 2012 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21296762).
  10. “Plant talk”, Dan Cossins. The Scientist, January 1, 2014 (http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/38727/title/Plant-Talk/).
  11. “Rumor has it . . . : relay communication of stress cues in plants”. O. Falik et al., PLOS ONE, 6:e23625, 2011 (http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0023625).
  12. “Underground signals carried through common mycelial networks warn neighbouring plants of aphid attack”. Z. Babikova et al. Ecol Lett, 16:835-43, 2013 (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ele.12115/abstract).
  13. “Towards understanding plant bioacustics”. Mónica Gagliano et al. Trends in Plant Science, Volume 17, Issue 6, June 2012, Pages 323–325 (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138512000544).
  14. “Out of sight but not out of mind: alternative means of communication in plants,” M. Gagliano et al. PLOS ONE, 7:e37382, 2012 (http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0037382).
  15. “Glutamate receptor-like genes mediate leaf-to-leaf wound signalling”. Seyed A.R. Mousavi et al. Nature 500, 422–426, 2013 (http://www.nature.com/nature/journal/v500/n7463/full/nature12478.html?WT.ec_id=NATURE-20130822).
  16. “The secret language of plants”. Kate McGowan. Quanta Magazine, December 16, 2013 (https://www.simonsfoundation.org/quanta/20131216-the-secret-language-of-plants/).
  17. “Maize landraces recruit egg and larval parasitoids in response to egg deposition by a herbivore”. Amanuel Tamiru et al. Ecology Letters, Volume 14, Issue 11, Pages 1075–1181, 2011 (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ele.2011.14.issue-11/issuetoc).

Traductor

Licenciado y doctorado en Químicas (especialidad Química Cuántica). Actualmente profesor de Informática de la Universitat Jaume I y (cuando puedo, que últimamente no es mucho) investigando en Bioinformática. Mis (otras) pasiones: las series de TV y el baile deportivo.

Divúlgame.NET


Warning: array_slice() expects parameter 1 to be array, null given in /srv/users/serverpilot/apps/wpsite/public/wp-content/themes/journal/singleDefault.php on line 241