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¿Qué edad tienen? Algunas orquídeas no fotosintéticas consisten en madera muerta


Los botánicos han mantenido durante mucho tiempo una fascinación por las plantas heterotróficas, no solo porque contradicen la noción de que la autotrofia (fotosíntesis) es sinónimo de plantas, sino también porque estas plantas son típicamente raras y efímeras. Sin embargo, todavía es un tema de debate sobre cómo estas plantas obtienen nutrición.


por la Universidad de Kobe


Un equipo de investigación formado por el profesor asociado de la Universidad de Kobe, Suetsugu Kenji (del Departamento de Biología de la Escuela de Graduados de Ciencias), el investigador asociado Matsubayashi Jun (de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia) y el profesor Tayasu Ichiro (del Instituto de Investigación para la Humanidad y la Naturaleza). ), ha investigado la edad del carbono (el tiempo desde que el carbono se reparó del CO 2 atmosféricopor fotosíntesis) en algunas plantas micoheterotróficas no fotosintéticas. Muchas orquídeas han perdido la capacidad fotosintética y han desarrollado un ciclo de vida micoheterotrófico enigmático. Las plantas micoheterotróficas generalmente obtienen carbono de otras plantas fotosintéticas a través de una red de hongos micorrícicos compartidos, mientras que se cree que algunos micoheterótrofos obtienen carbono de la basura en descomposición o de la madera muerta parasitando hongos saprotróficos . Sin embargo, los enfoques tradicionales solo han proporcionado evidencia indirecta de dicho transporte de nutrientes desde la materia orgánica muerta a las plantas.

El estudio actual examinó la utilidad de las mediciones de radiocarbono para distinguir el patrón de explotación fúngica de los micoheterótrofos. Las especies micoheterotróficas que explotan hongos ectomicorrícicos deben tomar fotosinatos recientemente sintetizados, mientras que las plantas micoheterotróficas que dependen de hongos saprotróficos deben obtener carbono de fuentes más antiguas, es decir, madera muerta. Por lo tanto, el equipo de investigación calculó la edad de carbono de las plantas micoheterotróficas, utilizando el radiocarbono emitido por las pruebas de bombas nucleares atmosféricas llevadas a cabo en los años 50 y 60 como marcador.

A través de esta metodología, revelaron que el carbono en algunas orquídeas micoheterotróficas databa de más de diez años antes del período de muestreo. Esto indica que estas orquídeas dependen del carbono de la bomba enriquecida con 14C de la madera muerta a través de hongos saprotróficos. Por lo tanto, concluyeron que las plantas micoheterotróficas pueden explotar los hongos micorrícicos y saprotróficos, que son componentes esenciales para los ecosistemas terrestres. Además, a pesar de que el término «micoheterótrofo» ha reemplazado el término mal utilizado «saprófito», ¡algunas plantas micoheterotróficas son indirectamente saprotróficas! El hallazgo anula la visión tradicional y abre una nueva perspectiva para comprender cómo estas plantas intrigantes se han vuelto ecológica y evolutivamente exitosas.

Los resultados de esta investigación se publicarán en línea en New Phytologist el 24 de enero de 2020.

¿Qué edad tienen?  Algunas orquídeas no fotosintéticas consisten en madera muerta
Figura 2: Comparación de los valores de δ13C y Δ14C en autótrofos y micoheterótrofos. Crédito: Universidad de Kobe

El mutualismo, o interacciones mutuamente beneficiosas entre especies, es un fenómeno omnipresente en todos los sistemas ecológicos, y casi todos los organismos en la Tierra están involucrados en al menos una asociación mutualista. La mayoría de las plantas terrestres, desde las briófitas hasta las angiospermas, forman mutualismos (interacciones cooperativas interespecíficas) con hongos, por lo que la planta proporciona una fuente de carbono a cambio de nutrientes minerales esenciales. Estas asociaciones de plantas y hongos mutuamente beneficiosas se denominan mutualismos micorrícicos.

Sin embargo, los organismos que originalmente estaban involucrados en mutualismos a veces pueden convertirse en parásitos, obteniendo los beneficios y sin entregar ninguno a cambio. En mutualismos micorrícicos, las plantas micorrícicas no fotosintéticas (es decir, plantas micoheterotróficas) son consideradas como tales tramposos ya que no pueden proporcionar fotosinatos a sus socios fúngicos. De hecho, se sabe que muchas plantas micoheterotróficas obtienen carbono de otras plantas fotosintéticas a través de una red de hongos micorrícicos compartidos.

Por lo tanto, a pesar de su naturaleza aclorofílica, las plantas micoheterotróficas no son directamente parásitas de otras plantas, ni obtienen directamente carbono de la materia podrida de plantas y animales, como se creía alguna vez. Sin embargo, se sabe que los hongos desempeñan papeles esenciales en los ecosistemas terrestres, especialmente como hongos saprotróficos, que descomponen la madera muerta y la basura en descomposición. ¿Existen algunas plantas micoheterotróficas que dependen de estos hongos saprotróficos? El equipo de investigación actual se propuso iluminar esta pregunta, utilizando análisis de radiocarbono.

¿Qué edad tienen?  Algunas orquídeas no fotosintéticas consisten en madera muerta
Figura 3: Los dos tipos diferentes de estilos de vida de las plantas micoheterotróficas iluminadas por esta investigación. Crédito: Universidad de Kobe

Los niveles de radiocarbono ( 14 C) podrían ser útiles para estimar con precisión las estrategias tróficas de los simbiontes de las plantas micoheterotróficas, al proporcionar una estimación directa de la edad media de carbono en la biomasa. Las pruebas de bombas nucleares atmosféricas a mediados del siglo XX aumentaron la concentración de 14 C en la atmósfera en todo el mundo, cuyo pico fue alrededor de 1963. Posteriormente, la concentración de 14 C atmosféricos disminuyó gradualmente después de la prohibición de las pruebas nucleares atmosféricas en 1963.

Por lo tanto, dado que el contenido de 14 C de la materia orgánica sintetizada por los productores primarios es el mismo que el contenido de 14 C correspondiente del CO 2 atmosférico , la edad del carbono (el tiempo desde que el carbono se fijó del CO 2 atmosférico por fotosíntesis) puede estimarse por midiendo la concentración de 14 C que surge de las pruebas de bombas de los años 50 y 60. Como se explicó anteriormente, los hongos micorrícicos reciben carbono fotosintetizado de las plantas. Además, las plantas micoheterotróficas que explotan hongos micorrícicos también obtienen carbono de otras plantas cercanas a través de la red micorrízica. Por lo tanto, el grupo de investigación planteó la hipótesis de que el 14Los valores de C de los micoheterótrofos que explotan hongos micorrícicos se asemejarían a los valores de 14 C del CO 2 atmosférico para las plantas autotróficas (fotosíntesis) circundantes, ya que este carbono debería ser muy reciente. Por otro lado, el carbono de los micoheterótrofos que explotan los hongos saprotróficos (particularmente los que se descomponen en la madera) debería ser más antiguo y, por lo tanto, contener una mayor concentración de 14 C que se generó mediante pruebas nucleares.

Para investigar estas hipótesis, se midieron las concentraciones de 14 C de 10 especies de plantas micoheterotróficas recolectadas en 10 sitios en Japón. De estas diez especies, seis especies (dos especies de ericáceas Monotropastrum humile y Pyrola subaphylla y cuatro especies de orquídeas Cephalanthera subaphylla, Chamaegastrodia shikokiana, Neottia nidus-avis y Lecanorchis nigricans) mostraron bajas concentraciones de 14 C que fueron similares a los resultados de las plantas autótrofas. que utilizan carbono muy reciente (Figura 1).

Por otro lado, se reveló que las otras cuatro especies, que eran todos los tipos de orquídeas (Gastrodia elata, Cyrtosia septentrionalis, Yoania japonica y Eulophia zollingeri), contenían concentraciones muy altas de 14 C, que datan de más de diez años antes de la período de muestreo (datos en un círculo rojo en la Figura 2). Los resultados de esta investigación indican que algunos micoheterótrofos han adquirido carbono de bomba enriquecido con 14C de la madera muerta a través de hongos saprotróficos. Esto indica que algunas plantas micoheterotróficas no obtienen su carbono aprovechando las redes micorrícicas existentes, sino que reclutan hongos saprotróficos en nuevas simbiosis micorrícicas (Figura 3).

Esta investigación iluminó que las plantas micoheterotróficas pueden explotar los hongos micorrícicos y saprotróficos, que son componentes esenciales para los ecosistemas terrestres. Muchos botánicos rechazaron el uso del término ‘saprophyte’ como incorrecta y llamaron a las plantas mycoheterotrophic plantas para reflejar su dependencia nutricional único en el carbono por hongos. De hecho, no hay saprófitos que se alimentan directamente de materia orgánica muerta. Sin embargo, el enfoque de radiocarbono proporciona evidencia concluyente de que algunas orquídeas micoheterotróficas son indirectamente saprófitas y dependen de los desechos de madera en el ciclo del carbono forestal.


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