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Cómo las plantas se aseguran de que sus hijos lleguen lejos en la vida


Si va a recolectar manzanas este otoño, es posible que se sienta atraído por las manzanas más grandes, brillantes y aromáticas que pueda encontrar. 


por Virginia Tech


Los manzanos y otras plantas frutales han evolucionado para producir una fruta tan apetitosa por una razón: atraer a las personas y a los animales salvajes para que coman su fruta y dispersen sus semillas.

Varios investigadores en el laboratorio de Susan Whitehead, profesora asistente de ciencias biológicas en la Facultad de Ciencias, han estado estudiando la dispersión de semillas para comprender cómo los productos químicos afectan las interacciones entre las frutas y los animales que las comen.

En un nuevo artículo, que se publicó en la revista Trends in Ecology and Evolution , el laboratorio describe las complejidades de la ecología química de la dispersión de semillas y cómo los estudios futuros podrían arrojar más luz sobre este tema poco conocido pero importante.

«Nuestra comprensión de la ecología química de la dispersión de semillas aún es bastante básica. Muchas de las sustancias químicas de las frutas aún no se han descrito, y sabemos muy poco sobre las funciones que estas sustancias químicas pueden tener», dijo Annika Nelson, investigadora postdoctoral. asociado en el laboratorio de Whitehead y autor principal del artículo. «Hay tanto potencial de investigación en este campo, y espero que nuestro artículo provoque conversaciones entre ecólogos químicos y otros investigadores que estudian la dispersión de semillas».

Al igual que los humanos, los progenitores de las plantas quieren que su descendencia tenga éxito después de abandonar el nido metafórico. Para tener la mayor probabilidad de éxito, las semillas deben plantarse lejos de sus padres para minimizar la competencia por el agua, los nutrientes y la luz. Las plantas, sin embargo, tienen sus raíces en el suelo y, a menudo, no pueden dispersar sus semillas por sí mismas.

Si las plantas quieren que sus semillas lleguen lejos en la vida, tienen que ser creativas.

Por ejemplo, algunas plantas, como Virginia stickseed, hacen que sus semillas sean extremadamente pegajosas para que se adhieran a los transeúntes. Otras plantas, como los arces, han creado alas para sus semillas para que puedan deslizarse con el viento. Pero, una de las formas más comunes en que las plantas progenitoras distribuyen sus semillas es a través de los animales y sus sistemas digestivos.

Las plantas frutales encierran sus semillas en frutas llamativas y deliciosas con la esperanza de que los animales las coman, las lleven a pie o volando y las defequen en una nueva ubicación. Para atraer a los posibles dispersores de semillas, las plantas usan sustancias químicas denominadas metabolitos secundarios, que dan a la fruta su aroma, color y sabor distintivos, y también pueden servir como nutrientes esenciales para los animales.

Sin embargo, las plantas deben elegir cuidadosamente el momento de su atracción. Si las plantas atraen constantemente a los animales, se comerán las semillas de la planta madre antes de que estén listas para salir al mundo. Para evitar esto, algunas plantas usan metabolitos secundarios para notificar a los dispersores de semillas cuándo es el momento de cosechar una fruta.

«Las frutas maduras suelen tener mucho más olor y sabor que las frutas verdes a propósito», dijo Nelson. «Se comunica con los animales cuando las frutas están listas para ser extraídas. Si las semillas se extraen de una planta antes de que estén completamente desarrolladas, a menudo no sobrevivirán».

Los metabolitos secundarios también pueden tener un efecto repelente en los dispersores de semillas. A menudo, las plantas producen metabolitos secundarios tóxicos o amargos para evitar que los animales destruyan sus semillas y para defenderse de las enfermedades.

Las plantas deben ser cautelosas. Estos metabolitos secundarios repelentes también podrían evitar que los dispersores de semillas coman y dispersen sus semillas por completo. Esencialmente, las plantas deben lograr un equilibrio cuidadoso entre atraer animales para distribuir sus semillas y proteger sus semillas contra animales o virus que puedan atacarlas y matarlas.

El laboratorio de Whitehead ha encontrado un intrigante mecanismo de dispersión de semillas en los bosques de Costa Rica. Las plantas Piper sancti-felicis, que son arbustos de hoja ancha con racimos de frutas únicos en forma de lanza, están obligando a sus principales dispersores de semillas, los murciélagos de cola corta de Seba, a comer solo la mitad de una fruta antes de escupirla en el suelo.

Whitehead cree que es menos probable que los murciélagos de cola corta de Seba terminen sus comidas porque las frutas de Piper sancti-felicis contienen altas concentraciones de metabolitos secundarios, que hacen que la fruta sea menos sabrosa. Pero la pregunta sigue siendo: ¿Por qué las plantas Piper sancti-felicis quieren que los murciélagos coman solo la mitad de su fruta?

Whitehead piensa que las hormigas pueden tener la clave.

«Las frutas a medio comer que se dejan caer debajo de un perchero de murciélagos son descubiertas muy rápidamente y se las llevan las hormigas», dijo Whitehead, afiliado al Translational Plant Sciences Center, un brazo del Fralin Life Sciences Institute. «Las hormigas a menudo consumen solo la pulpa de la fruta y descartan las semillas limpias justo fuera de su nido. Creemos que esta segunda etapa del proceso de dispersión de semillas podría aumentar las posibilidades de supervivencia de las semillas».

Si no estaba claro antes, existen muchas relaciones entre las plantas, las frutas, los productos químicos y sus animales dispersores. Según Nelson, hay tantos factores a considerar en cada sistema de dispersión de semillas que puede ser difícil medir los impactos de los metabolitos secundarios en el éxito de la dispersión de semillas de plantas de manera sistemática.

En su artículo, Nelson y Whitehead han enfatizado la importancia de los metabolitos secundarios al encajarlos en el marco conceptual de «eficacia de dispersión de semillas», lo que ayudará a los investigadores a pensar sobre la ecología química de la dispersión de semillas y los efectos de los metabolitos secundarios en la aptitud de las plantas en trozos más pequeños y más digeribles.

«El marco de Eficacia de la Dispersión de Semillas divide la dispersión de semillas en diferentes pasos, como cuándo y cuántas semillas se eliminan por primera vez o cuándo y dónde finalmente se depositan las semillas, que son más fáciles de medir individualmente», dijo Nelson. «El beneficio de este marco es que puede usarlo para abordar partes separadas del proceso de dispersión de semillas y luego juntarlas al final para cuantificar cuántas semillas un animal está dispersando efectivamente para una planta».

El laboratorio de Whitehead planea viajar a Costa Rica en el otoño para continuar su investigación sobre la dispersión secundaria de los frutos de Piper sancti-felicis por parte de las hormigas.

Nelson también está estudiando la sanguinaria, una planta herbácea nativa de Virginia que produce alcaloides altamente tóxicos de color rojo brillante en sus raíces, hojas y frutos. Hasta ahora, ha descubierto que, además de defender a la planta contra los ataques, estos alcaloides parecen disuadir a las hormigas que dispersan las semillas. La planta parece ajustar su producción de alcaloides en las frutas dependiendo de si es más ventajoso proteger la fruta o atraer a un animal para dispersar sus semillas.



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