Las plantas de agave son más conocidas por su papel en la producción de tequila, pero también son notablemente hábiles para retener agua en ambientes extremadamente secos.
por Optica
En un nuevo estudio, los investigadores utilizaron espectroscopia de terahercios e imágenes para obtener nuevos conocimientos sobre cómo estas suculentas almacenan y gestionan el agua para sobrevivir en condiciones secas.
«Entender cómo las plantas se adaptan a las condiciones secas podría llevar a mejores prácticas agrícolas y usarse para desarrollar cultivos que requieran menos agua», dijo Mónica Ortiz-Martínez del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) en México. «Esto podría llevar a mayores rendimientos de los cultivos con un menor consumo de agua, lo que beneficiaría a los agricultores, la producción de alimentos y la seguridad alimentaria mundial».
El nuevo estudio utiliza ondas de terahercios , que se encuentran entre las microondas y la región infrarroja media del espectro electromagnético. Debido a que el agua absorbe fuertemente la radiación de terahercios , los investigadores utilizaron la espectroscopia y la imagenología de terahercios para medir los niveles de hidratación en los tejidos de las plantas , mapear el agua dentro de la planta y estudiar cómo sus azúcares fructanos retienen el agua a nivel molecular.
En la revista Applied Optics , los investigadores demuestran que la espectroscopia de terahercios es una herramienta poderosa para estudiar las plantas sin causarles daño. Con este enfoque, descubrieron que las plantas de agave sobreviven en ambientes secos almacenando agua en una estructura foliar especializada y que sus fructanos actúan como esponjas moleculares para retener la humedad.
«En la industria alimentaria , nuestros hallazgos sobre los fructanos del agave y sus excepcionales propiedades de retención de agua podrían utilizarse para desarrollar nuevos ingredientes alimentarios que mejoren la retención de humedad, la textura y la vida útil, especialmente en alimentos secos o procesados», afirmó el primer autor del artículo, Enrique Castro-Camus, del CIO. «Esto podría dar lugar a productos alimenticios más saludables y duraderos con menos conservantes artificiales».
Combinando biología y ciencia de los alimentos
La investigación sobre el agave comenzó como una colaboración entre el grupo de Ciencia Aplicada de Terahercios del CIO con June Simpson en el Centro de Investigaciones Avanzadas (CINVESTAV) para explorar la distribución del agua en las hojas de agave y su conexión con los fructanos desde una perspectiva biológica.
Casi al mismo tiempo, el grupo CIO inició una asociación con Socorro Villanueva del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (CIATEJ) que adoptó un enfoque más científico de los alimentos para estudiar cómo los fructanos, que se utilizan como aditivos alimentarios, forman capas de agua microscópicas que protegen los productos congelados de los daños relacionados con la congelación.
Finalmente, estas dos investigaciones se unieron para formar una historia completa de cómo los agaves resisten la sequía extrema.
Para obtener imágenes de terahercios, los investigadores utilizaron un espectrómetro de terahercios de dominio temporal con un láser de fibra de femtosegundos y una resolución de píxeles submilimétrica.
Colocaron láminas finas de hojas entre un emisor y un detector de terahercios y luego utilizaron las mediciones de absorción de agua para mapear los niveles de hidratación. Reconfiguraron el mismo espectrómetro de terahercios de dominio temporal a una geometría de reflexión total atenuada para analizar soluciones que contenían fructano.
«Nuestra investigación introduce varias innovaciones clave en el estudio de la hidratación de las plantas utilizando tecnología de terahercios», afirmó Mónica Ortiz-Martínez.
«Uno de los avances más significativos es la detección de agua no invasiva: a diferencia de los métodos tradicionales que requieren cortar, secar y pesar muestras de plantas, las imágenes de terahercios permiten el análisis de la hidratación en tiempo real sin dañar la planta».
El análisis reveló que las hojas de agave tienen un sistema de almacenamiento de agua especializado, donde el núcleo interno de la hoja permanece altamente hidratado mientras que la capa externa actúa como una barrera protectora para reducir la pérdida de agua.
Los investigadores también descubrieron que los fructanos tienen una capacidad excepcional para atraer y retener las moléculas de agua que los rodean, mucho más fuerte que otros azúcares. Esto se debe a que la estructura química ramificada de los fructanos forma una especie de esponja porosa en la que se puede retener el agua para mantener la planta hidratada a pesar de las altas temperaturas.
La combinación del almacenamiento de agua a nivel tisular y la retención de agua a nivel molecular hace que los agaves sean altamente resistentes a la sequía, lo que les permite prosperar en entornos áridos donde el agua es escasa.
Ampliando la tecnología
A continuación, los investigadores planean ampliar el uso de la espectroscopia y la obtención de imágenes de terahercios para estudiar la resistencia a la sequía en una gama más amplia de especies vegetales. Quieren investigar cómo las distintas plantas gestionan el agua tanto a nivel tisular como molecular, en particular los cultivos que son esenciales para la seguridad alimentaria mundial.
Los investigadores dicen que con un mayor desarrollo, la configuración, que actualmente está optimizada para uso en laboratorio, podría convertirse en un sistema de terahercios portátil y rentable que podría usarse en campos o invernaderos para monitoreo.
La combinación de esto con algoritmos avanzados de aprendizaje automático para analizar imágenes de terahercios de manera más eficiente podría permitir la detección en tiempo real de patrones de hidratación e indicadores de estrés por sequía.
Los investigadores enfatizan que lograr resultados con un impacto social y económico significativo requiere una fuerte colaboración interdisciplinaria, siendo la estrecha cooperación entre expertos en óptica, fisiología vegetal y ciencia de los alimentos clave en este estudio.
«Al promover métodos no invasivos de monitoreo de plantas, nuestra investigación sienta las bases para prácticas agrícolas más inteligentes y sostenibles, que en última instancia benefician tanto a los agricultores como a los consumidores y al mismo tiempo ayudan a conservar los recursos naturales para las generaciones futuras», dijo Castro-Camus.
Más información: Enrique Castro-Camus et al, Espectroscopia e imágenes de terahercios como herramienta para desentrañar los mecanismos fisiológicos y moleculares de la resistencia a la sequía de los agaves, Applied Optics (2025). DOI: 10.1364/AO.547952
