El comportamiento de las plantas puede parecer bastante aburrido comparado con los excesos frenéticos de los animales. Sin embargo, la vida de nuestros amigos vegetales, que alimentan incansablemente a toda la biosfera (incluyéndonos a nosotros), está llena de acción emocionante. Solo requiere un poco más de esfuerzo para apreciarla.
Por Tim Brodribb
Uno de estos comportamientos es la apertura y el cierre dinámicos de millones de diminutas bocas (llamadas estomas ) ubicadas en cada hoja, a través de las cuales las plantas «respiran». En este proceso, liberan el agua extraída del suelo a cambio del preciado dióxido de carbono del aire, que necesitan para producir azúcar en el proceso de fotosíntesis, impulsado por la luz solar.
Abrir los estomas en el momento inadecuado puede desperdiciar agua valiosa y provocar una desecación catastrófica del sistema vascular de la planta. Casi todas las plantas terrestres controlan sus estomas con gran precisión en función de la luz y la humedad para optimizar su crecimiento y minimizar el riesgo de daños.
La evolución de este extraordinario equilibrio entre las plantas ha sido objeto de un intenso debate entre los científicos. En un nuevo artículo publicado en PNAS, utilizamos láseres para descubrir cómo pudieron haber funcionado los primeros estomas.
Válvulas diminutas, consecuencias globales
Mucho depende del modo en que se comportan los estomas: la productividad de las plantas, la sensibilidad a la sequía y, de hecho, el ritmo de los ciclos globales del carbono y del agua.
Sin embargo, son difíciles de observar en acción. Cada estoma es como una pequeña válvula accionada por presión. Tienen » células oclusivas » que rodean una abertura o poro que permite la salida del vapor de agua y la entrada del dióxido de carbono.
Cuando la presión del fluido aumenta dentro de las células oclusivas de los estomas, estas se hinchan y abren el poro. Cuando la presión disminuye, las células se desinflan y el poro se cierra. Para comprender el comportamiento de los estomas, queríamos medir la presión en las células oclusivas, pero no es fácil.
Láseres, burbujas y evolución
Craig Brodersen, de la Universidad de Yale, presenta un láser guiado por microscopio de nuevo desarrollo. Este láser puede crear burbujas microscópicas dentro de las células individuales que operan el poro estomático.
Durante un año sabático en la Universidad de Tasmania (donde resido), Brodersen descubrió que podía determinar la presión dentro de las células estomáticas mediante el seguimiento del tamaño de estas burbujas y la rapidez con la que colapsaban. Esto implicó cálculos teóricos dirigidos por el experto en burbujas Philippe Marmottant , del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia en Grenoble.
Esta nueva herramienta nos brindó la oportunidad perfecta para explorar las diferencias en el comportamiento de los estomas entre los principales grupos de plantas. El objetivo era comprobar nuestra hipótesis de que la evolución del comportamiento estomático sigue una trayectoria predecible a lo largo de la historia de la evolución vegetal.
Sostenemos que comenzó con un estado de control pasivo ancestral relativamente simple, actualmente representado en helechos y licofitas vivos, y evolucionó hasta convertirse en un mecanismo de control hormonal más activo observado en las coníferas y plantas con flores modernas.
En contra de esta hipótesis, algunos investigadores han descrito previamente comportamientos complejos en algunas de las plantas estomatosas más antiguas: las briofitas. Queríamos comprobar este hallazgo con nuestro nuevo instrumento láser.
400 millones de años de desarrollo
Lo primero que descubrimos fue que nuestra técnica de sonda de presión láser funcionó de maravilla. Realizamos casi 500 mediciones de la dinámica de la presión estomática en tan solo unos meses. Esto representó una mejora notable con respecto a los últimos 45 años, en los que se habían realizado menos de 30 mediciones similares.
En segundo lugar, descubrimos que los estomas de nuestras briofitas representativas (antocerontes y musgos) carecían incluso de las respuestas más básicas a la luz que se encuentran en todas las demás plantas terrestres.
Este resultado respaldó nuestra hipótesis anterior de que los primeros estomas hallados en los ancestros de las briofitas modernas hace 450 millones de años deberían haber sido válvulas muy simples. Carecerían de los complejos comportamientos observados en las plantas con flores modernas.
Nuestros resultados sugieren que el comportamiento estomático ha cambiado sustancialmente a través del proceso de evolución, destacando cambios críticos en la funcionalidad que se conservan en los diferentes grupos principales de plantas terrestres que actualmente habitan la Tierra.
Cómo sobrevivirán las plantas en el futuro
Ahora podemos afirmar con seguridad que los estomas de musgos, helechos, coníferas y plantas con flores se comportan de maneras muy diferentes. Esto tiene un corolario importante: todos responderán de forma distinta a los cambios drásticos en la temperatura atmosférica y la disponibilidad de agua que enfrentan ahora y en el futuro próximo. Predecir el comportamiento estomático en el futuro nos ayudará a predecir estos impactos y a destacar la vulnerabilidad de las plantas.
En términos de beneficios agrícolas, nuestro nuevo método láser debería ser lo suficientemente rápido y sensible como para revelar incluso pequeñas diferencias en el comportamiento de plantas estrechamente relacionadas. Esto podría ayudar a identificar variantes de cultivos que utilizan el agua de forma más eficiente o productiva, lo que ayudará a los fitomejoradores a encontrar variedades que transformen mejor los suministros de agua del suelo, cada vez más impredecibles, en alimentos.
Así que la próxima vez que observes una hoja, piensa en el ritmo frenético del cálculo dinámico y el ajuste de millones de pequeñas bocas, que reaccionan al contacto con tu aliento. Ten en cuenta que nuestro propio destino, ligado al rendimiento de los bosques y cultivos en climas futuros, depende del comportamiento de los estomas de las diferentes especies. Una buena razón para comprender estas modestas válvulas.
Más información: Brodersen, Craig R., La manometría de burbujas de cavitación in situ revela la falta de modulación de la turgencia de las células oclusivas activadas por luz en briofitas, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). DOI: 10.1073/pnas.2419887122 . doi.org/10.1073/pnas.2419887122
Este artículo se republica de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
