Las flores como el hibisco utilizan un modelo invisible establecido muy temprano en la formación de los pétalos que determina el tamaño de sus dianas, un patrón previo crucial que puede afectar significativamente su capacidad para atraer abejas polinizadoras.
por la Universidad de Cambridge
El estudio, realizado por investigadores del Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge, también descubrió que las abejas prefieren los blancos más grandes en lugar de los más pequeños y vuelan un 25 % más rápido entre discos de flores artificiales con blancos más grandes, lo que potencialmente aumenta la eficiencia tanto de las abejas como de las flores. Los hallazgos se publicaron en Science Advances .
Los patrones en las flores de las plantas guían a los insectos, como las abejas, al centro de la flor, donde los esperan el néctar y el polen, lo que aumenta las posibilidades de que la planta polinice con éxito. A pesar de su importancia, se sabe sorprendentemente poco sobre cómo se forman estos patrones en los pétalos y cómo han evolucionado hasta convertirse en la gran diversidad que vemos hoy en día, que incluye manchas, rayas, venas y dianas.
Utilizando una pequeña planta de hibisco como modelo, los investigadores compararon plantas estrechamente relacionadas con el mismo tamaño de flor pero tres patrones de diana de diferentes tamaños que presentan un centro morado oscuro rodeado de blanco: H. richardsonii (diana pequeña que cubre el 4% del disco de la flor), H. trionum (diana mediana que cubre el 16%) y una línea transgénica (mutación) de H. trionum (diana grande que cubre el 36%).
Descubrieron que en la superficie del pétalo se establece un patrón previo en las primeras fases de la formación de la flor, mucho antes de que el pétalo muestre algún color visible. El pétalo actúa como un lienzo de «pintar por números», donde se predeterminan distintas regiones para desarrollar colores y texturas específicos mucho antes de que comiencen a verse diferentes entre sí.
La investigación también muestra que las plantas pueden controlar y modificar con precisión la forma y el tamaño de estos patrones mediante múltiples mecanismos, con posibles implicaciones para la evolución de las plantas. Al perfeccionar estos diseños, las plantas pueden obtener una ventaja competitiva en la competencia por atraer polinizadores o tal vez comenzar a atraer diferentes especies de insectos.
La Dra. Edwige Moyroud, quien dirige un equipo de investigación que estudia los mecanismos que subyacen a la formación de patrones en los pétalos, explicó: «Si un rasgo puede producirse por diferentes métodos, le da a la evolución más opciones para modificarlo y crear diversidad, de manera similar a un artista con una paleta grande o un constructor con un conjunto extenso de herramientas. Al estudiar cómo cambian los patrones de diana, lo que realmente estamos tratando de entender es cómo la naturaleza genera biodiversidad».
La autora principal, la Dra. Lucie Riglet, investigó el mecanismo detrás del patrón de los pétalos de hibisco analizando el desarrollo de los pétalos en tres flores de hibisco que tenían el mismo tamaño total pero diferentes patrones de diana.
Descubrió que el prepatrón comienza como una pequeña región en forma de medialuna mucho antes de que el centro de la diana sea visible en pétalos diminutos de menos de 0,2 mm de tamaño.
El Dr. Riglet dijo: «En la etapa más temprana que pudimos diseccionar, los pétalos tenían alrededor de 700 células y aún eran de color verdoso, sin pigmento púrpura visible y sin diferencia en la forma o el tamaño de las células. Cuando el pétalo se desarrolló más hasta tener 4.000 células, aún no tenía ningún pigmento visible, pero identificamos una región específica donde las células eran más grandes que sus vecinas circundantes. Este es el patrón previo».
Estas celdas son importantes porque marcan la posición del límite del ojo de buey, la línea en el pétalo donde el color cambia de púrpura a blanco; sin un límite no hay ojo de buey.
Un modelo computacional desarrollado por el Dr. Argyris Zardilis proporcionó más información y, combinando ambos modelos computacionales y resultados experimentales, los investigadores demostraron que el hibisco puede variar las dimensiones del ojo de buey muy temprano durante la fase de preformación del patrón o modular el crecimiento en cualquier región del ojo de buey, ajustando la expansión o división celular, más adelante en el desarrollo.
Luego, el Dr. Riglet comparó el éxito relativo de los patrones de diana para atraer polinizadores utilizando discos de flores artificiales que imitaban las tres dimensiones diferentes de diana.
El Dr. Riglet explicó: «Las abejas no solo prefirieron los círculos de flores medianos y grandes en lugar de los círculos de flores pequeños, sino que también visitaron estos discos de flores más grandes un 25 % más rápido. Buscar alimento requiere mucha energía, por lo que si una abeja puede visitar cuatro flores en lugar de tres al mismo tiempo, entonces probablemente esto sea beneficioso para la abeja y también para las plantas».
Los investigadores creen que estas estrategias de preformación de patrones podrían tener raíces evolutivas profundas, que podrían influir en la diversidad de patrones florales en diferentes especies. El siguiente paso del equipo de investigación de Edwige Moyroud es identificar las señales responsables de generar estos patrones tempranos y explorar si se utilizan mecanismos de preformación de patrones similares en otros órganos de las plantas, como las hojas.
Esta investigación no sólo mejora nuestra comprensión de la biología vegetal, sino que también resalta las intrincadas conexiones entre las plantas y sus entornos, mostrando cómo los diseños naturales precisos pueden desempeñar un papel fundamental en la supervivencia y la evolución de las especies.
Por ejemplo, H. richardsonii, que tiene el ojo de buey más pequeño de las tres plantas de hibisco estudiadas en esta investigación, es una planta en peligro crítico de extinción originaria de Nueva Zelanda. H. trionum también se encuentra en Nueva Zelanda, pero no se considera nativa, y está ampliamente distribuida por Australia y Europa y se ha convertido en una planta maleza naturalizada en América del Norte.
Se necesitan investigaciones adicionales para determinar si el mayor tamaño del ojo de buey ayuda a H. trionum a atraer más polinizadores y mejorar su éxito reproductivo.
Más información: Lucie Riglet et al, Hibiscus bullseyes revealed mechanisms checking petal pattern percentages that influence plant-pollinator interactions, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp5574 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp5574
