La evolución de los estomas ha sido un impulsor importante de la transformación radical de la atmósfera de la Tierra durante los últimos 400 millones de años, proporcionando a las plantas la capacidad de regular la pérdida de agua y optimizar la fotosíntesis. La modulación de la presión de turgencia de las células oclusivas se considera una innovación clave que puede ser exclusiva de los linajes de plantas vasculares. Sin embargo, estudiar la presión de turgencia celular sigue siendo un desafío y limita nuestra capacidad de comprender la evolución y la diversidad del comportamiento estomático. Los científicos han presentado un método para evaluar los cambios en la presión de turgencia de las células epidérmicas in situ generando microburbujas de cavitación dentro de las células epidérmicas y monitoreando su dinámica utilizando una cámara de alta velocidad. Este estudio muestra que las células guardianas de las plantas vasculares (todas las plantas superiores excepto las briofitas) aumentan su presión de turgencia en respuesta a la luz, mientras que los estomas de las plantas no vasculares (musgos, antocerotas, hepáticas, musgos) no responden.
Cada vez que la temperatura baja, se nubla o se pone el sol, la planta hace una elección: mantener sus poros microscópicos, llamados estomas, abiertos para absorber dióxido de carbono y continuar la fotosíntesis, o cerrarlos para proteger sus preciosas reservas de agua.
Esta capacidad de abrir y cerrar los poros requiere que la planta responda a cambios sutiles en el entorno regulando la presión dentro de las células estomáticas, una capacidad compleja que las plantas han desarrollado durante cientos de millones de años.
Un equipo interdisciplinario de biólogos, físicos e ingenieros, dirigido por investigadores de la Escuela de Medio Ambiente de Yale, ha desarrollado un método para monitorear estos cambios de presión. El nuevo enfoque, detallado en un estudio publicado en PNAS, acelera el proceso mediante el cual los científicos pueden medir este fenómeno en más especies, abriendo nuevas vías para estudiar la evolución y la fisiología de las plantas con valiosas aplicaciones para mejorar la eficiencia del uso del agua, dicen los investigadores.
Casi todas las plantas terrestres utilizan este principio de presión interna para crecer, reproducirse y realizar todas las funciones propias de las plantas, pero prácticamente no habíamos tenido acceso a estas mediciones anteriormente. Gran parte de la teoría fundamental sobre el funcionamiento de las plantas se basa en un conjunto muy limitado de mediciones de unas pocas especies, afirmó Craig Brodersen, profesor de ecología fisiológica vegetal en el Centro Médico Howard y Maryam Newman y autor principal del estudio.
El equipo señaló que el estudio es la primera aplicación publicada del método a los estomas de las briofitas (el género que incluye a los musgos), lo que podría ayudar a comprender mejor la trayectoria evolutiva de las primeras plantas de la Tierra.
Para medir los cambios de presión que provocan mecánicamente que los estomas se abran y se cierren, los científicos tradicionalmente perforan las células con un frágil tubo de vidrio que tiene una fracción del ancho de un cabello humano. Los tubos se rompen fácilmente y este método laborioso sólo funciona con especies con células más grandes.
Por el contrario, el nuevo enfoque utiliza un sistema láser adaptado creativamente de una investigación realizada en la Facultad de Medicina de Yale para estudiar la regeneración nerviosa en gusanos.
Un pulso alto de energía luminosa evapora el líquido dentro de la célula, creando pequeñas burbujas. Aunque las burbujas se disuelven en fracciones de segundo, el equipo midió el tamaño máximo de una burbuja, que es proporcional a la presión que la rodea, utilizando cámaras de alta velocidad.
Luego, los investigadores observaron cómo cambiaba la presión según el tamaño de la burbuja en respuesta a los cambios en los niveles de luz. El equipo probó con éxito el método en más de 40 especies de plantas, incluidas varias con células demasiado pequeñas para estudiarlas previamente.
Disolución de microburbujas de cavitación en células de guarda aclimatadas a la luz del epilobio, Senecio minimus. Fuente: Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). DOI: 10.1073/pnas.2419887122
Cuantificar estos cambios ayudará a los científicos a comprender qué tan rápido pueden abrirse y cerrarse los estomas, lo que en última instancia determina el equilibrio entre la cantidad de carbono que absorbe una planta y la cantidad de agua que pierde mientras sus poros están abiertos.
«La eficiencia hídrica, como se denomina esta medida, es un tema central en la agricultura. Estas herramientas son un primer paso importante para desarrollar variedades de cultivos más eficientes en el uso del agua y mejorar la gestión del riego en condiciones de estrés hídrico», afirmó Brodersen.
Fuente: Universidad de Yale.
