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Cómo las hojas reflejan la luz revela la historia evolutiva de las plantas con semillas

hojas
Crédito: CC0 Public Domain

La forma en que las hojas reflejan la luz puede iluminar la historia evolutiva de las plantas con semillas, según un equipo internacional de científicos dirigido por un investigador de la Universidad de Maine. 


por la Universidad de Maine

Los espectros de reflectancia de las plantas, o el perfil de luz que las hojas se reflejan en diferentes longitudes de onda, capturan el cambio y la diversificación de las plantas con semillas como resultado de la evolución, según Dudu Meireles. El profesor asistente de sistemática y evolución de las plantas de la UMaine y sus colegas de Estados Unidos, Canadá, Suiza e Inglaterra exploraron cómo los espectros han evolucionado y se han diversificado durante los últimos 350 millones de años de evolución de las plantas.   

Los investigadores descubrieron que al medir el espectro de luz reflejado por una hoja, pueden identificar la planta, aprender sobre su química y evolución y determinar su lugar en el árbol de la vida, dice Meireles. Spectra también se puede utilizar para «proporcionar evaluaciones innovadoras de la evolución de las hojas y la diversidad filogenética de las plantas a escalas globales», escribió el grupo en su informe para el estudio. Meireles dice que espera eventualmente realizar estas mediciones de forma remota utilizando vehículos aéreos no tripulados, aviones o satélites.

«Sabemos poco acerca de cómo evolucionaron los rasgos de las plantas y la química porque la recopilación de datos es difícil y lenta, pero los espectros nos permiten recopilar esos datos a un ritmo sin precedentes». Dice Meireles.  

New Phytologist , una revista internacional de investigación en ciencias de las plantas, publicó los hallazgos del grupo en su edición de octubre de 2020 y promovió el estudio en la portada. La portada también presenta arte de Adriana Cavalcanti de Orono, una estudiante de MFA de nivel intermedio. Según la revista, el arte de las hojas creado a partir de perforaciones de follaje otoñal evoca «cómo los espectros de reflectancia de la luz capturan la diversidad química de las hojas y revelan la historia evolutiva de las plantas». 

Cavalcanti dice que creó la obra de arte, titulada «Biomimetismo», el otoño pasado perforando una variedad de hojas y pegando los diferentes círculos a la madera recuperada para formar una hoja multicolor. Las formas en que la tecnología se entrelaza con la ciencia y la naturaleza inspiraron la pieza, dice, y agrega cómo las observaciones de la naturaleza han influido en varios avances tecnológicos. 

Mientras trabajaba en su investigación de espectros de reflectancia de plantas, Meireles alentó a Cavalcanti, que también es botánico, a presentar «Biomimetismo» a New Phytologist , dice ella. La revista, que acepta obras de arte originales que reflejan el tema principal de cada número, seleccionó su pieza para representar los hallazgos de Merieles.  

«Cuando escuché que mi trabajo fue seleccionado para la portada, fue una gran sorpresa. Primero, porque no suelo ver obras de arte en la portada de revistas científicas. En segundo lugar, porque no fue creado con eso en mente, «Dice Cavalcanti. «Para mí, es solo un ejemplo de cuán abiertos debemos ser acerca de nuestras propias creaciones artísticas; la importancia de dejar espacio para que la gente tenga su propia percepción sobre el arte».

El equipo de investigación llevó a cabo el estudio utilizando un conjunto de datos de más de 16.000 espectros de reflectancia a nivel de hoja, que van desde luz visible a infrarroja, de 544 especies de plantas con semillas en las latitudes tropicales y templadas de América y Europa. Midieron los espectros de las hojas utilizando dos espectrorradiómetros de campo de rango completo, clips de hojas y fuentes de luz artificial. 

Si bien los espectros resaltan la historia filogenética de las plantas con semillas, la ubicación de la señal que presenta esa información en los espectros puede variar entre los linajes de las plantas, según los investigadores. Descubrieron, por ejemplo, que la señal que produce el registro evolutivo del linaje de las plantas monocotiledóneas se encuentra en la luz del infrarrojo cercano reflejada por sus hojas, pero la señal del linaje de las gimnospermas reside en la luz infrarroja de onda corta reflejada por las hojas. Para monitorear la diversidad de plantas, Meireles dice que los científicos tienen que medir el espectro completo de luz reflejada por las hojas en lugar de un puñado de bandas. 

El equipo creó un modelo que puede ayudar a simular cómo las diferentes dinámicas evolutivas, como la adaptación convergente a la sombra, afectan los espectros. Su marco también reveló que la evolución limita la variación de los espectros en las plantas con semillas en diferentes grados, particularmente para la región visible asociada con pigmentos como la clorofila y los carotenoides. 

Meireles y sus colegas esperan que el aumento de la disponibilidad de datos espectrales de alta resolución no solo para las hojas, sino también a nivel del dosel y del paisaje ayude a mejorar la forma en que los científicos monitorean la biodiversidad de las plantas. 

«La función de los ecosistemas y, por extensión, el bienestar humano, dependen de la biodiversidad. Debemos monitorear la diversidad para comprenderla, administrarla y preservarla, y los espectros de reflectancia son una de las mejores herramientas que tenemos para hacer ese trabajo de manera eficiente». Dice Meireles.


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