¿Alguna vez has tenido un caso grave de jet lag? ¿Esa sensación horrible cuando te bajas de un vuelo de larga distancia y tu cuerpo te dice que es hora de dormir, pero el mundo exterior te dice que es hora de desayunar? Esos son los efectos biológicos de su reloj corporal interno, también conocido como su reloj circadiano.
por Katharine Hubbard
Las plantas, los hongos e incluso algunas bacterias también tienen un ritmo circadiano. Aunque las plantas no tienden a subirse a los vuelos internacionales, cualquier organismo vivo con un reloj circadiano tiene el potencial de sufrir un desfase horario. Esto es más que un hecho divertido: podríamos usar esta información para hacer que los cultivos sean más productivos y abordar la seguridad alimentaria.
Los primeros informes de un reloj corporal interno en las plantas se remontan a la antigua Grecia, cuando el capitán de un barco estudió la apertura y el cierre diario de las hojas de un árbol de tamarindo. Las primeras observaciones sistemáticas de los ritmos circadianos de las plantas fueron realizadas en la década de 1700 por el científico francés Jean-Jacques d’Ortous de Mairan, quien estudió la apertura y cierre rítmicos de las hojas de Mimosa pudica (una planta de la familia de los guisantes).
De Mairan notó que estos ciclos persistían incluso cuando la planta estaba en oscuridad constante. Esto demostró que los movimientos de las hojas no eran una respuesta a los cambios en las condiciones de iluminación , sino que estaban controlados por la propia planta. Esta es la definición de un ritmo circadiano.
Cómo las plantas dicen la hora
Ahora sabemos que estos ritmos están controlados por una red genética que se encuentra dentro de cada célula vegetal. Cerca de 20 genes controlan el ritmo circadiano en las plantas. Estos genes se encienden y apagan entre sí en un circuito complicado, generando un ritmo de 24 horas.
Este circuito de control también activa otros genes en el genoma de la planta. Algunos genes se activan al amanecer, seguidos de genes requeridos más tarde en la mañana, pero se apagan por la tarde. Por ejemplo, los genes asociados con la fotosíntesis normalmente se activan por la mañana para aprovechar al máximo la luz del día, mientras que los genes asociados con el crecimiento y el desarrollo normalmente se activan durante la noche.
Los experimentos de laboratorio demuestran que si alguno de estos genes de control circadiano está mutado (lo que significa que su secuencia genética se altera y ya no funcionan correctamente), entonces el reloj de la planta puede acelerarse para dar un ritmo más corto, ralentizarse para dar un ciclo largo, o dejar de funcionar por completo.
Las plantas con genes circadianos mutados no solo tienen relojes más rápidos o más lentos, sino que su capacidad para hacer la fotosíntesis, crecer y reproducirse está dañada. Una planta con un reloj circadiano desequilibrado solo crecerá hasta la mitad del tamaño de una planta normal en condiciones de laboratorio.
Casi todos los procesos que los científicos han observado en las plantas están regulados hasta cierto punto por el reloj interno . Controla la apertura y el cierre de los poros de los estomas en la parte inferior de una hoja, el intercambio de gases en la fotosíntesis, el crecimiento de brotes y raíces, la floración estacional y la “guerra química” entre las plantas y los animales que las comen. Esto es cuando algunas plantas producen sustancias químicas que son tóxicas para los animales cuando se ingieren.
Si bien la mayor parte de la investigación sobre los ritmos circadianos de las plantas se ha realizado en el laboratorio, existe un interés creciente en cómo se podría aplicar esto a la agricultura para abordar los desafíos de la seguridad alimentaria mundial.
Apto para el futuro
El calentamiento global está debilitando la salud del suelo y matando a los polinizadores, mientras que el clima extremo y la guerra son algunos de los factores que elevan los precios de los alimentos . Así que esta investigación podría volverse esencial para nuestra supervivencia.
Aprender más sobre los relojes circadianos de las plantas podría aumentar significativamente el rendimiento de los cultivos y controlar el momento de la floración de las plantas para adaptarse al cambio climático. Por ejemplo, varios estudios han encontrado que las plantas son más sensibles a los herbicidas dependiendo de la hora del día en que se apliquen. Dado que muchas plantas tienen relojes similares, podemos aplicar los hallazgos de laboratorio a las especies de cultivo.
Varios estudios han demostrado que las alteraciones naturales en los genes del reloj se han asociado con avances en la agricultura. Por ejemplo, los tomates se cultivaron originalmente en Centroamérica, donde la duración de los días no cambia mucho a lo largo del año. A medida que la gente comenzó a cultivar el tomate domesticado en latitudes más al norte , sin darse cuenta, seleccionaron una variedad con una mutación natural que resultó en un reloj más lento. Eso significó que las plantas de tomate pudieron hacer un mejor uso de los días más largos de verano y hacer la fotosíntesis por más tiempo.
Además, la cebada de primavera ( sembrada en primavera ) e invierno (sembrada en otoño) florece en diferentes épocas del año debido a una diferencia genética en un gen asociado al reloj circadiano . Por lo tanto, los agricultores siembran diferentes variedades genéticas del mismo cultivo en temporadas particulares para maximizar la productividad.
Con el desarrollo de la agricultura vertical en interiores , existe un gran interés en comprender las respuestas circadianas de las plantas a la luz para que los sistemas de iluminación puedan diseñarse para maximizar el crecimiento y reducir el consumo de energía. Esto se debe a que la agricultura vertical interior permite un control completo de la iluminación , a diferencia de cuando cultivamos plantas al aire libre o en nuestras casas. Comprender el ritmo interno de la planta puede ayudar a optimizar el crecimiento de la planta, controlar el mejor momento para regar e indicar cuándo usar fertilizantes u otros productos químicos utilizados en la agricultura.
Las plantas son mucho más complejas (y quizás un poco más como nosotros) de lo que mucha gente cree. Los últimos 25 años han visto una gran cantidad de investigación sobre los mecanismos de control genético del reloj circadiano . El desafío ahora es aplicar ese conocimiento a la agricultura.
Nos interesa asegurarnos de entender las plantas de esta manera, porque podemos usar ese conocimiento para cultivar mejor nuestros alimentos y hacer que nuestros cultivos sean más resistentes.
Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original.
