Cómo las plantas antiguas comenzaron a usar agua cuando se trasladaron a la tierra


«Las plantas, ya sean enormes o microscópicas, son la base de toda la vida, incluidos nosotros mismos». Esta fue la introducción de David Attenborough a The Green Planet , la última serie de historia natural de la BBC.


de Alexander Bowles


Durante los últimos 500 millones de años, las plantas se han entretejido en todos los aspectos de nuestras vidas. Las plantas sostienen todas las demás formas de vida en la Tierra hoy. Proporcionan el oxígeno que respira la gente, además de limpiar el aire y enfriar la temperatura de la Tierra. Pero sin agua , las plantas no sobrevivirían. Encontrado originalmente en ambientes acuáticos , se estima que hay alrededor de 500,000 especies de plantas terrestres que surgieron de un solo ancestro que flotó a través del agua.

En nuestro artículo reciente, publicado en New Phytologist , investigamos, a nivel genético, cómo las plantas han aprendido a usar y manipular el agua, desde las primeras plantas diminutas parecidas al musgo que vivieron en la tierra en el período Cámbrico (hace unos 500 millones de años). ) hasta los árboles gigantes que forman los ecosistemas forestales complejos de hoy.

Cómo evolucionaron las plantas

Al comparar más de 500 genomas (el ADN de un organismo), nuestros resultados muestran que diferentes partes de las anatomías de las plantas involucradas en el transporte de agua (poros (estomas), tejido vascular , raíces) estaban vinculadas a diferentes métodos de evolución genética. Esto es importante porque nos dice cómo y por qué las plantas han evolucionado en distintos momentos de su historia.

La relación de las plantas con el agua ha cambiado drásticamente en los últimos 500 millones de años. Los antepasados ​​de las plantas terrestres tenían una capacidad muy limitada para regular el agua, pero los descendientes de las plantas terrestres se han adaptado para vivir en ambientes más secos. Cuando las plantas colonizaron la tierra por primera vez , necesitaban una nueva forma de acceder a los nutrientes y al agua sin sumergirse en ella. El siguiente reto era aumentar de tamaño y estatura. Eventualmente, las plantas evolucionaron para vivir en ambientes áridos como los desiertos . La evolución de estos genes fue crucial para permitir que las plantas sobrevivieran, pero ¿cómo ayudaron a las plantas a adaptarse primero y luego prosperar en la tierra?

Los estomas, los diminutos poros en la superficie de las hojas y los tallos, se abren para permitir la absorción de dióxido de carbono y se cierran para minimizar la pérdida de agua. Nuestro estudio encontró que los genes involucrados en el desarrollo de los estomas estaban en las primeras plantas terrestres. Esto indica que las primeras plantas terrestres tenían las herramientas genéticas para construir estomas, una adaptación clave para la vida en la tierra.

La velocidad a la que responden los estomas varía entre especies. Por ejemplo, los estomas de una margarita se cierran más rápido que los de un helecho. Nuestro estudio sugiere que los estomas de las primeras plantas terrestres se cerraron, pero esta capacidad se aceleró con el tiempo gracias a la duplicación de genes a medida que las especies se reproducían. La duplicación de genes da lugar a dos copias de un gen, lo que permite que una de ellas lleve a cabo su función original y la otra desarrolle una nueva función. Con estos nuevos genes, los estomas de las plantas que crecen a partir de semillas (en lugar de reproducirse a través de esporas) pudieron cerrarse y abrirse más rápido, lo que les permitió adaptarse mejor a las condiciones ambientales.

Cómo las plantas antiguas comenzaron a usar agua cuando se mudaron a la tierra: nueva investigación
Crédito: Shutterstock

Viejos genes y nuevos trucos

El tejido vascular es el sistema de tuberías de una planta, lo que le permite transportar agua internamente y crecer en tamaño y estatura. Si alguna vez has visto los anillos de un árbol cortado, estos son los restos del crecimiento del tejido vascular.

Descubrimos que, en lugar de evolucionar por nuevos genes, el tejido vascular surgió a través de un proceso de retoques genéticos. Aquí, los viejos genes fueron reutilizados para obtener nuevas funciones. Esto muestra que la evolución no siempre ocurre con nuevos genes, sino que los viejos genes pueden aprender nuevos trucos.

Antes del traslado a tierra, se encontraron plantas en hábitats marinos y de agua dulce, como el grupo de algas Spirogyra . Flotaron y absorbieron el agua a su alrededor. La evolución de las raíces permitió a las plantas acceder al agua desde lo más profundo del suelo, además de proporcionar anclaje. Descubrimos que surgieron algunos genes nuevos clave en el ancestro de las plantas que viven en la tierra y las plantas con semillas, correspondientes al desarrollo de raíces y pelos radiculares. Esto muestra la importancia de un sistema de raíces complejo, que permite a las plantas antiguas acceder al agua que antes no estaba disponible.

El desarrollo de estas características en cada paso importante en la historia de las plantas destaca la importancia del agua como motor de la evolución de las plantas. Nuestros análisis arrojan nueva luz sobre la base genética de la ecologización del planeta, destacando los diferentes métodos de evolución de los genes en la diversificación del reino vegetal.

Plantando para el futuro

Además de ayudarnos a dar sentido al pasado, este trabajo es importante para el futuro. Al comprender cómo han evolucionado las plantas , podemos comenzar a comprender los factores limitantes para su crecimiento. Si los investigadores pueden identificar la función de estos genes clave, pueden comenzar a mejorar el uso del agua y la resistencia a la sequía en las especies de cultivos. Esto tiene particular importancia para la seguridad alimentaria.

Las plantas también pueden ser la clave para resolver algunas de las preguntas más apremiantes que enfrenta la humanidad , como reducir nuestra dependencia de los fertilizantes químicos, mejorar la sostenibilidad de nuestros alimentos y reducir nuestras emisiones de gases de efecto invernadero .

Al identificar los mecanismos que controlan el crecimiento de las plantas, los investigadores pueden comenzar a desarrollar especies de cultivos más resistentes y eficientes. Estos cultivos requerirían menos espacio, agua y nutrientes y serían más sostenibles y fiables. Con la naturaleza en declive , es vital encontrar formas de vivir más armoniosamente en nuestro planeta verde.


Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original .



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