El Cedazo

Hace unos días en este blog nos interesábamos en lo que podía pasar dentro del oculto y activo mundo interior de un higo. Toda una historia de un abigarrado patio de vecinos. Hoy quiero proponer el abrir una nueva ventana a otro mundo escondido y casi invisible, un territorio del que casi no me había preguntado hasta ahora, posiblemente por considerarlo de una simpleza estructural evidente. Me refiero a lo que, en un alarde de imaginación, le llamo el “underground radical” y que no es más que el mundo de las raíces, ese espacio bajo nuestros pies que nos pasa desapercibido.

Sistema radicular (Imagen extraída del libro “Tratado de Botánica” de Eduard Strasburger, 1994, fair use)

Las plantas son nuestras vecinas, y sabemos que son parientes nuestras de las que nos alejamos evolutivamente hace más de mil millones de años. Ellas decidieron adoptar otras estrategias de vida diametralmente opuesta a la de nosotros, los animales: la alternativa de quedar quietas en el terreno sin moverse se demostró finalmente tan exitosa como la de moverse buscándose la vida. Vegetales versus animales. La estrategia animal permite evadir los peligros y buscar alimento, encontrar un hábitat amable o a la pareja con bastante facilidad… escondernos, huir o atacar, buscar… y a pesar de la cadena de depredación, nuestro estilo de vida se basa en estas habilidades dirigidas por un encéfalo centralizado y único, unos órganos vitales físicamente bien definidos dentro del espacio corporal y unos centros de interfaz con el mundo exterior e interior -los sentidos- también precisamente localizados para su función.^[1] La cosa no puede ir mejor… millones de años de historia la avala. Aunque tiene sus riesgos… un solo golpe en la cabeza te puede eliminar, un solo pinchazo en el corazón te mata, una infección en los bien localizados riñones te llevará al otro barrio. Sí, un problema… aunque manejable: tenemos la oportunidad de huir, de evitar con nuestros movimientos los riesgos. Aquí estamos para demostrarlo.

Por el contrario, esas no son las habilidades de las plantas… ¡pobrecitas! Como no pueden huir quizás se encuentren en continua situación de riesgo… quizás un solo hachazo desgajando una rama vital pueda ser letal… un incendio que queme sus hojas puede llevarlas al colapso respiratorio… la ruina del centro de bombeo de la savia se traducirá en la ruina general del individuo…

Evidentemente, hasta un niño de dos años sabe que esto no es así. Aunque las plantas no pueden huir de sus enemigos, están preparadas biológicamente para sobrevivir a un buen puñado de ataques de los depredadores que vayan a por ellas. La explicación es sencilla: así como en los animales los centros vitales están concentrados y son prácticamente únicos, en las plantas están distribuidos. Reciben la energía a través de miles de “paneles solares”, las hojas, por donde también respira la planta; absorben nutrientes y agua a partir de millones de raíces; los sistemas de distribución interna se basan en cientos de conductos -el floema- distribuidos por todo el cuerpo de la planta; emiten y reciben sus alertas químicas mediante millones de células especializadas repartidas por ramas, tallos y raíces… Gracias a ese diseño tan ricamente diversificado, en donde la función no precisa de un órgano concreto y localizado, ya no les importa la amputación de una parte de su cuerpo… queda el vasto resto para vivir.

Ya veis cómo a lo largo de estas palabras de introducción he hablado no sólo de la parte aérea de la planta -la que apreciamos como noble, vital, lujuriosa y muy viva- sino también de la soterrada -invisible, estática y casi mineral-. Desde el simplismo nos parece que las raíces están para sujetar en el terreno a la parte aérea mientras van aprovechando lo que encuentran en los alrededores de sus posiciones de meros anclajes. Nada más alejado de la realidad. El sistema radical, una red físicamente interconectada, no se va desplegando de forma azarosa por el submundo de forma que, si hay suerte, en el terreno que le ha tocado, la planta propietaria prospera, y si no, queda condenada a agostarse tarde o temprano. Sorprendentemente, las raíces son “inteligentes”. No es que lo diga el simple de jreguart… sino que ya lo postuló en su tiempo nuestro admirado maestro Charles Darwin,^[2] el cual estaba convencido de que las diferencias entre el sistema radical de las plantas -en particular el formado por sus millones de ápices terminales- y el cerebro de un pequeño gusano, o el de cualquier animal inferior, no eran tan sustanciales. Lo que le decían sus experimentos le permitieron opinar de esa manera. Y lo que desde entonces se está estudiando parece confirmar aquella casi herética -o, por lo menos, arriesgada- afirmación.

Para los modernos estudiosos, el sistema radical de una planta se constituye casi como un cerebro distribuido, formado por millones de centros de percepción y decisión localizados en las puntas de las raíces, las cuales en el desarrollo de su función usan, hasta cierto punto, las estrategias de comunicación de las neuronas: sinapsis y potenciales de acción. Los biólogos también opinan que de la red de raíces como conjunto funcional emergen unas habilidades parejas a la de las sociedades animales coloniales que interactúan con patrones que definimos como de enjambres.^[3] Se llega a pensar que la gestión de la “inteligencia” en el gran mundo de la Vida ha adoptado dos modelos: el centralizado y el distribuido. Al igual que en la computación, que bascula según lo que mejor convenga entre el poder de cálculo en grandes y potentes ordenadores, al lado del poder distribuido en enjambres de pequeños pc’s en red.^[4] En biología el primer caso correspondería a la solución “cerebro animal”, mientras que el segundo sería la alternativa “cerebro vegetal”.

¿Dónde podemos encontrar al hardware básico en las raíces? Parece evidente que esté situado en la punta de la raíz, el ápice. Es la parte más activa de la misma y todos los vegetales pueden poseer hasta varios millones. Cada uno de ellos “…percibe continuamente numerosos parámetros, como la gravedad, la temperatura, la humedad, el campo eléctrico, la luz, la presión, los gradientes químicos, la presencia de sustancias tóxicas (venenos, metales pesados), vibraciones sonoras, presencia u ausencia de oxígeno y dióxido de carbono. La lista que acabamos de dar es asombrosa, pero no exhaustiva…”^[5] Parece evidente que la buena gestión de todos estos parámetros es vital para la planta: su estabilidad física sobre el terreno, su nutrición o la amabilidad del ambiente son cruciales para su fisiología. El movimiento del ápice está condicionado por todo ello y no de forma azarosa, como apuntábamos más arriba, sino que sigue un procedimiento electroquímico perfectamente adaptado para testar el medio, tomar decisiones y proponer alternativas de crecimiento y movilidad. Todo ello perfectamente coordinado con los millones de unidades de computación, iguales a ellos, repartidas por todo el sistema radicular.

Veamos en que consiste esta maravilla de la tecnología biológica conocida generalmente como ápice de la raíz. Podemos imaginarlo como un misil en el que, desde la punta y hacia la parte más próxima al tallo de la planta, se distinguen las siguientes partes: Una cápsula protectora y sensora en la punta -la caliptra [A]- y tres zonas diferenciadas. Bajo la caliptra se encuentra [B] el meristema, que es una zona de células madre en donde se va a dar un proceso de diferenciación para con posterioridad generar los tejidos adultos de la raíz. Siguiendo en dirección al tallo se encuentra [C] la zona de transición, auténtica sala de mandos de la raíz. Más allá [D], la zona de elongación, que como su nombre sugiere es donde se van a dar los procesos de crecimiento y de movilidad direccional de la raíz. Hasta ella llega el sistema “circulatorio” que transporta la savia. Normalmente las células de estas zonas primarias se distribuyen en forma de columnas en sentido longitudinal y adoptando un patrón circular de acuerdo a la sección de la raíz.

A la izquierda, imagen de una raíz de haba (Vicia faba) y un esquema, en el centro, que ilustra las diferentes zonas de la raíz. (A) Cofia o caliptra, (B) Meristema apical, (C) Zona de transición, (D) Zona de alargamiento o crecimiento, (E) Zona pilífera. Los principales tejidos que constituyen la raíz se muestran en la imagen de la derecha (Izquierda, modificado de wikimedia, CC BY-SA 3.0; derecha, de La Web de Botánica, Universidad de Gramma, Cuba, fair use)

Entre las células de esas zonas se produce una comunicación que, sorprendentemente, se asemeja al proceso sináptico de las neuronas.^[6] La célula presináptica posiciona sus vacuolas repleta de químicos junto a su membrana; luego estas vacuolas se abren, soltando al neurotransmisor en el espacio intracelular; éste va a llegar a la membrana de la célula postsináptica, generando en ella una respuesta química interior. Aquí el equivalente a los neurotransmisores, o moléculas secretadas por una célula que activan procesos químicos en la siguiente, suele ser del tipo de las auxinas,^[7] o bien directamente iones como el Ca²⁺. En las plantas, al igual que en el cerebro animal, este proceso es altamente consumidor de energía y oxígeno y es el que va a provocar respuestas eléctricas muy rápidas en las células postsinápticas.

Se observa una diferencia muy clara en el comportamiento eléctrico de las células de la zona [C] de transición con relación a las de la zona inmediatamente anterior, meristema apical [B], o posterior, zona de crecimiento de la raíz [D]. Así como en estas dos últimas se observa un gradiente eléctrico lineal, en la zona de transición la actividad eléctrica cambia de polaridad con relación a las zonas adyacentes, y además presenta un patrón oscilatorio. Algo especial sucede ahí. Se cree que esa complejidad es el resultado de la propia complejidad de las células en la zona intermedia, cuyos núcleos están fijados por las fibras de sus citoesqueletos, quedando encerrados en una posición central de la célula atrapados por estructuras de tipo jaula y sólidamente conectados con la membrana exterior. Gracias a ello, en esas células las aperturas de las vacuolas con los neurotransmisores, los propios flujos de éstos o de iones, la actividad de los transportadores internos o los de la membrana celular,^[8] e incluso la expresión génica del ADN del núcleo, están todos ellos integrados y retroalimentados, generando los patrones oscilatorios que sugieren un sincronismo en las respuestas eléctricas de las células de la zona de transición.

Vista esquemática de las zonas del ápice de la raíz y sus campos eléctricos. La cofia o caliptra de la raíz está encerrada en el meristema, siendo así que estas dos zonas más apicales se caracterizan por flujos de corriente eléctrica hacia el exterior. La zona de transición adyacente se caracteriza por dos inversiones del patrón de corriente eléctrica: en el borde apical de la zona de transición se realiza el cambio de hacia afuera a hacia adentro, mientras que en el borde basal se cambia de hacia adentro a hacia afuera, lo que hace que la región de elongación se caracterice nuevamente por la corriente eléctrica hacia el exterior. A la derecha el patrón de flujos eléctricos según cada zona (Imagen del artículo ”Root apex transition zone as oscillatory zone“, de František Baluška y Stefano Mancuso, fair use)

Esta visión -o realidad- sináptica de la generación y reciclado de las vesículas sinápticas en las células; el transporte de auxina célula a célula generando unos gradientes de concentración; lo que a su vez supone el que las células se polaricen; o los complejos patrones de descargas eléctricas explicados, se ha manifestado muy relevante y que juega un papel central en la puesta en marcha de las acciones sensoriales y motoras del ápice de la raíz. Parece claro, por tanto, que el funcionamiento de la raíz no debe ser fruto del azar y que sí responde a un diseño evolutivo de donde emergió una respuesta sofisticada. Como decíamos más arriba, la zona de transición se perfila como algo similar a un pequeño ordenador de campo.

Este “ordenador” dirige los movimientos de la raíz, sus orientaciones y respuestas según las condiciones del medio donde se encuentra, utilizando todo un sistema de lo que realmente podemos denominar “sentidos”, parejos a los que tenemos nosotros aunque difusos por todo su organismo. Vista, gusto, olfato, tacto u oído. Huye de la luz, ya que debe anclar a la planta en la profundidad del oscuro suelo; percibe con gran precisión los minúsculos gradientes químicos en la tierra que le van a impulsar a una aproximación si la información es favorable o a un distanciamiento si no lo es; saben lo que hacer al tocar un obstáculo con el ápice y deciden cómo salvarlo de la manera más eficaz; perciben una gama muy amplia de vibraciones sonoras, vibraciones que pueden influir en su dirección de crecimiento ¿Cómo lo consigue?

Veremos eso y más en la parte II de esta entrada.

1. Como muchos de vosotros sabréis, hace algún tiempo publiqué en El Cedazo una larga serie sobre el mundo de los sentidos, los sistemas receptores. [↩]
2. En el último capítulo de su libro “The power of Movement in Plants”, 1880. [↩]
3. Así lo postulan algunos biólogos, como los italianos Stefano Mancuso y Marzena Ciszak, ver “Swarming behaviour in the Plant Roots”, M. Ciszak et al. Plos One vol. 7, nº I (2012), o el alemán Frantisek Baluska, ver “Swarm Intelligence in Plant Roots”, de F. Baluska, S. Lev-Yadun y S. Mancusio, Trends in Ecology and Evolution, nº 25, (2010), pp 682-683. [↩]
4. N. del E: Los informáticos viejos pueden atestiguar que esto sigue siendo igual en el mundo de la computación, pese a los millones de años transcurridos. [↩]
5. Frase tomada del libro “Sensibilidad e inteligencia en el mundo vegetal” de Stefano Mancuso y Alessandra Vitola, pag 120. [↩]
6. Podéis profundizar más en este concepto de sinápsis leyendo la entrada 05, “Entendiendo el encéfalo“, de la serie publicada en este blog El Cedazo y que lleva como título “Biografía de lo Humano“. [↩]
7. Las auxinas son un grupo de hormonas que actúan como reguladoras del crecimiento vegetal. Esencialmente provocan la elongación de las células. Se sintetizan en las regiones meristemáticas del ápice de los tallos y se desplazan desde allí hacia otras zonas de la planta, principalmente hacia la base, estableciéndose así un gradiente de concentración. Este movimiento se realiza a través del parénquima que rodea a los haces vasculares. [↩]
8. Son moléculas incorporadas dentro del citoplasma o en la propia membrana de la célula, que participan mediando los procesos químicos y fisiológicos de los que estamos hablando. [↩]

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