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¡Hablemos de raíces! II




En la entrada anterior del díptico monográfico acerca de la “inteligencia” de las raíces acabamos conceptuando a una zona de su ápice, la de transición, como un “ordenador” que 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”, funcionalmente 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? Mediante una serie de funciones especializadas que denominamos tropismos.[1]

Fototropismo en una orquídea (Phalaenopsis): Hojas y flores crecen hacia la luz, las raíces crecen alejándose (Wikimedia, BY-SA 3.0)

Los tropismos pueden ser de diverso índole, ajustados a satisfacer las múltiples necesidades vitales de la planta: como especifica el biólogo Stefano Mancuso, el ápice de la raíz “…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[2] Gravitropismo, fototropismo, tigmotropismo, termotropismo, higrotropismo, quimiotropismo, aerotropismo, magnetotropismo … algo así como un panel de instintos básicos con su correspondiente manual de funcionamiento.

No vamos a explicar cada uno de los tropismos particulares que experimenta la raíz, ya que no de todos se conoce la totalidad del delicado y complejo proceso, aunque sí nos vamos a centrar en alguno de ellos en particular, lo que nos permitirá hacernos una idea de la rica vida de las raíces. Por regla general estos mecanismos se ajustan a un procedimiento general: detección de un elemento externo que provoca un estrés, una percepción, una señal de aviso; realización de su análisis en la zona de transición; generación de un desequilibrio interno -con respecto a la situación vital sin el estrés de la percepción- en concentraciones de iones o de auxinas; y alteración del crecimiento de la raíz como respuesta motora de reacción al elemento externo.

Veamos cómo huye de la luz -fototropismo negativo-. Las plantas reaccionan a la luz al activarse determinadas proteínas fotorreceptoras, las fototropinas, de la planta. El gradiente de luz entre la cara iluminada y la cara sombreada causa un gradiente de activación de esas fototropinas. Esto provoca una alteración en la concentración de auxinas en las células de la raíz.[3] Hay que decir que tanto las auxinas como los iones o los nutrientes, siguen un flujo muy ordenado dentro de la raíz: suelen llegar con la savia a través de los conductos del floema, por el centro de la raíz, flujo que se abre al llegar al ápice, como en una fuente, para seguir en sentido inverso por las paredes exteriores. En el caso de la luz, las fototropinas hacen que este flujo de retorno no sea simétrico en el perímetro radical, concentrándose las auxinas más en un lado que en otro. Debido a que la auxina está relacionada con la proliferación celular, el gradiente de auxinas causa un gradiente de crecimiento en las células: en el caso del fototropismo negativo de la raíz, crece más la cara iluminada y la raíz se curva en contra de la dirección de incidencia de la luz. 

El esquema corresponde a un brote aéreo, pero podemos imaginar lo contrario en una raíz boca a abajo. La luz altera la concentración de auxinas (AIA) en las paredes de la raíz, lo que provoca un mayor crecimiento en las células de un lado con relación al de las del lado opuesto. Eso provoca el que el tallo o la raíz se doble (Imagen de la publicación “El Movimiento de las Plantas- : Tropismos y Nastias”, Ailin Angelina Sotelo, FaCENA- UNNE, fair use)

La gravedad influye -gravitropismo, la raíz debe ir hacia abajo- mediante mecanismos parecidos a los anteriores de desequilibrio en la distribución de auxinas, aunque el sistema perceptor tiene un asombroso parecido en procedimiento fisiológico al del equilibrio del sistema vestibular en el oído humano.[4] Todo consiste en utilizar algún elemento interno de la célula como sensor de la gravedad, algo que se deje llevar por la acción de esta fuerza, dando la señal de donde está “el abajo”. En los mamíferos se trata de los otolitos de calcio mientras que en las plantas la función la llevan a cabo los amiloplastos -en el fondo, gránulos de almidón- de determinadas células situadas en la parte central de la punta de la raíz. La percepción de la gravedad se inicia con el desplazamiento de los amiloplastos hacia el lado inferior de esas células, cualquiera que sea la posición que tenga la raíz en cada momento. Eso induce, por ejemplo en una raíz horizontal, unas asimetrías en la distribución de Ca2+ en el citoplasma, lo que lleva a una asimetría en la distribución de auxinas con el consiguiente gradiente de crecimiento en las células de la raíz ya explicado en el fototropismo. La raíz curvará así hacia abajo.

Juego de los estatolitos con la gravedad, origen del gravitropismo en las raíces (Imagen de la publicación “El Movimiento de las Plantas- : Tropismos y Nastias”, Ailin Angelina Sotelo, publicado por FaCENA- UNNE, fair use)

El mecanismo de hidrotropismo -el crecimiento direccional de las raíces con relación a la disponibilidad del agua- no se conoce muy bien aunque se cree que la tendencia de las raíces hacia la humedad aprovecha en cierta medida el proceso anterior de gravitropismo. La percepción de gradientes de humedad puede ocurrir en cualquier célula de la cápsula protectora apical y pasaría por disparar la degradación de amiloplastos en las células de la columela central aliviando a la raíz de la tiranía de la gravedad. Ello podría inducir un transporte lateral de auxinas que orientarían a la raíz en la dirección del gradiente de humedad.

Posible explicación del hidrotropismo (ver texto). La flecha negra indica la dirección del vector de la gravedad (g); la barra azul claro-azul oscuro indica el gradiente de humedad; la barra azul oscuro representa la ausencia de gradiente de humedad; las flechas dentro de las raíces denotan la dirección del transporte de auxinas. La continuidad de estas flechas correlaciona con los niveles de auxinas transportadas. La flecha dentro de la célula indica un incremento en la concentración de Ca2+ y el pH de la misma. (Del libro “Una ventana al quehacer científico“, capítulo 19 “Mecanismos de desarrollo y fisiología de raíces de plantas superiores”, Gladys I. Cassab y Yoloxóchitl Sánchez-Guevara, (2007) Instituto de Biotecnología, UNAM, fair use)

No nos extenderemos más en los tropismos dado que, por desgracia, es un campo que aún precisa mucho desarrollo. Es posible que a las plantas siempre se las haya considerado como elementos estáticos e inferiores con relación a los animales, en los que sí se ha volcado la investigación. Esa laguna no nos ha impedido ¡antes sencillos que incomprensibles! que en este par de entradas sobre la “inteligencia” de las raíces hayamos estado hablando de cosas muy interesantes que suceden en las catacumbas subterráneas. Hemos visto cómo en las raíces hay una tecnología puntera para responder a las necesidades del individuo; cómo dispone la raíz de recursos sensoriales que funcionalmente cubren el abanico de los de los animales y cómo son algunos de los procesos de la raíz para percibir el medio y dirigir la respuesta. Nos queda para el final la integración de todas esas habilidades.

Por desgracia, también en este ámbito andamos un poco a ciegas. Pero hay detalles que inducen a la curiosidad y que están empezando a incorporarse en los análisis científicos del comportamiento vegetal, tanto en el conjunto “individuo” como dentro de la comunidad botánica donde viven.

Las plantas han desarrollado unos intrincados sistemas de raíces caracterizados por patrones de formas muy complejas y basados en el comportamiento coordinado de cada una de ellas dentro del grupo, en “busca” de un crecimiento óptimo y eficiente de los ápices radicales. Necesaria optimización de habilidades en la competitiva tarea de explotación de los recursos del medio. El cómo se coordinan no lo sabemos con exactitud, aunque se da el caso de que, efectivamente, hay unos canales de intercomunicación que son usados por las raíces de una misma planta, tanto internos como externos. Incluso se sabe acerca de la habilidad que tienen los ápices de las raíces para detectar, generar y seguir campos magnéticos, lo cual llega a generar una especie de tropismo que estimula el crecimiento de nuevas raíces.

El resultado es que parece que todos esos estímulos y tropismos está dirigidos por unos criterios de rango superior orientados a la colaboración para la supervivencia o la defensa. Se ha comprobado en el maíz cómo la dirección de crecimiento de la raíz está controlada por su ápice induciendo dos tipos de patrones de distribución e interacción entre las diferentes raíces, patrones que están basados en la atracción o la repulsión entre ellas, con la curiosidad de que el patrón de entrecruzamiento no se da con asiduidad. Parece como si las raíces compitieran o colaboraran entre ellas en lo que parece un comportamiento colectivo, dándose el caso de que la fuerza de los vectores de atracción o separación son proporcionales a la distancia entre ellas. A la vista de estas filias y fobias, no podemos menos que pensar en que realmente sí tienen medios de comunicación, como hemos repetido muchas veces en esta entrada.

Un ejemplo de comportamiento colectivo de las raíces: un grupo de ellas escogen la misma dirección de crecimiento (Imagen: Marzena Ciszak, ver nota 5) 

También se han observado cómo las plantas pueden distinguir entre raíces propias y ajenas y que la información recogida por una planta puede ser compartida con las cercanas, en lo que puede parecer una estrategia para la gestión del territorio. Hasta el extremo de que con sus técnicas de comunicación puede distinguir si otra raíz pertenece a un miembro de su misma especie o no, lo que parece un claro comportamiento evolución de autoprotección de la especie. Hay un experimento curioso, que se llevó a cabo en 2007, que parece demostrar lo anterior. En pocas palabras, se sembraron dos macetas con treinta mil semillas. En una, todas ellas eran de la misma especie, y en la otra, de especies diferentes. El resultado es que en la segunda el sistema radical se desarrolló de forma salvaje y abundante, como resultado de un combate de supervivencia, mientras que en la maceta de familia las raíces fueron las mínimas necesarias para sobrevivir, posibilitando que no hubiera un uso desmesurado de energía en el subsuelo, lo que redundó en un mayor crecimiento de las partes aéreas.[5]

Ese tipo de comportamiento “gregario” ha abierto un debate entre los botánicos: quizás las raíces de un mismo individuo -que pueden llegar a generar sistemas de raíces muy complejos de incluso varios millones de terminales-, que están doblemente conectadas entre ellas tanto por vía interna como externamente, estén preparadas para llegar a “danzar” como un enjambre, practicando una estrategia de defensa basada en la rápida comunicación entre los múltiples ápices radicales semejante a la de los bancos de peces o en una bandada de estorninos.[6] Vuelve la idea de millones de pequeños PC’s conectados en red protegiendo al conjunto, una constelación de clónicas naves auxiliares zumbando por los cielos de Star Wars en defensa de la Galaxia.

Esas ideas son las que han impulsado al biólogo František Baluška a proponer la siguiente hipótesis: “Entonces, las plantas adquieren información a través y dentro de sus sistemas de raíces, que es procesada a través de interacciones sociales, lo que les proporciona soluciones de problemas cognitivos que no serían posibles en individuos aislados, permitiéndoles explotar mejor y sobrevivir en el espacio tridimensional, competitivo y azaroso del oscuro mundo subterráneo”.[7] Con eso no sacraliza a las plantas, pero, sin duda, nos dice que ellas son más próximas a nosotros de lo que siempre hemos creído. Quizás Charles Darwin no fuera tan desencaminado, ya en 1880, al manifestar en el último capítulo de su libro “The power of Movement in Plants” su convencimiento 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 parecían ser tan sustanciales.

  1. Un tropismo (del griego τροπή trop: giro, vuelta, fuga, punto de retorno) es un fenómeno biológico que indica el crecimiento o cambio direccional de un organismo, normalmente una planta, como respuesta a un estímulo medioambiental. []
  2. Frase tomada del libro “Sensibilidad e inteligencia en el mundo vegetal” de Stefano Mancuso y Alessandra Vitola, pag 120. []
  3. Lo mismo sucede en los brotes aéreos de las plantas, aunque evidentemente manifestando un fototropismo positivo, a favor de la luz. []
  4. Podéis profundizar más en este concepto leyendo la entrada 06, “Sistema vestibular I. Los sensores“, de la serie publicada en este blog El Cedazo y que lleva como título “Los sistemas receptores”. []
  5. Para saber más sobre las posibles relaciones familiares de las raíces verFamily roots“, Ragan M. Callaway y Bruce E. Mahall, Nature Vol 448, 12/07/2007. []
  6. Para saber más sobre el comportamiento en enjambre de las plantas ver Swarming behaviour in the Plant Roots”, M. Ciszak et al. Plos One vol. 7, nº I (2012), o tambiénSwarm Intelligence in Plant Roots”, de F. Baluska, S. Lev-Yadun y S. Mancusio, Trends in Ecology and Evolution, nº 25, (2010), pp 682-683. []
  7. Frase entresacada de “Swarm intelligence in plant roots”, František Baluška et al., Trends in Ecology and Evolution, Vol. 25 No. 12 (2010), pag. 683. Ver nota 10. []

Sobre el autor:

jreguart ( )

 

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