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jueves, 11 de octubre de 2018

Señales de tipo nervioso y mecanismos de defensa en plantas


Las plantas son atacadas por miles de herbívoros frente a los cuales poseen defensas muy originales, como la que induce el canibalismo entre las orugas que las atacan. A diferencia de los animales, que pueden huir o esconderse cuando son atacados por sus depredadores, las plantas no pueden hacerlo debido a su naturaleza inmóvil, pero que no puedan hacerlo no significa que permanezcan indefensas, listas para ser devoradas por cualquiera que pase por allí.
 Además de defensas físicas tan evidentes como espinas y aguijones, las plantas dependen de una serie productos químicos para su defensa. El mundo de la fitoquímica es extraordinariamente sorprendente y, como desconocemos más de lo que conocemos sobre él, cuando leemos algunas investigaciones como la que vamos a comentar nos ocurre lo que a Alicia cuando miraba detrás del espejo: se abre ante nosotros un país de maravillas. Una de estas maravillas comienza a desvelarse gracias a unos recientes artículos de investigación que demuestran que las plantas utilizan mecanismos de transmisión nerviosa cuyo fundamento biomolecular es muy similar al utilizado por los animales. Para sobrevivir, plantas y animales actúan de una forma análoga: cuando se enfrentan a alguna amenaza, envían mensajes a través de su organismo.
Como conté en una entrada anterior, las plantas no hablan con el lenguaje articulado de los humanos, pero se comunican mucho y muy bien, sólo que de forma diferente a los animales. Se comunican a través de unas moléculas volátiles que se producen en el exclusivo metabolismo secundario del mundo vegetal. Cuando una planta es atacada por un patógeno, inmediatamente produce moléculas volátiles que pueden viajar kilómetros como un aviso a todas las demás para que preparen sus defensas.
El mecanismo de defensa funciona. Un caso muy explícito ocurrió hace diez años cuando en Botsuana introdujeron en un parque 200.000 antílopes, que comenzaron a zampar acacias con voracidad. Unas pocas semanas después muchos murieron y al cabo de seis meses murieron más de 10.000, sin que los responsables del parque supieran la causa. Hoy sabemos que fueron las plantas. Las acacias habían aumentado la concentración de taninos en sus hojas hasta convertirlas en veneno.
Los científicos usaron una proteína fluorescente para seguir la respuesta química de una planta al recibir un ataque. La planta parecía ser capaz de ‘sentir’ el daño, pues, cada vez que era atacada, respondía produciendo ácido jasmónico, una hormona vegetal relacionada con el estrés biótico, que, al parecer, comunica a estos organismos que debe activar sus defensas. Foto de Simon Gilroy. University of Winsconsin Madison.
Veamos ahora los mecanismos de comunicación interna, que en los vertebrados, como todo el mundo sabe, descansan en el sistema nervioso. Los animales requieren redes de señalización molecular rápidas y de largo alcance para integrar la detección y la respuesta en todo su cuerpo. En el sistema nervioso central de los vertebrados, el aminoácido glutamato actúa como un neurotransmisor excitador que facilita el intercambio de información a través de la activación de los canales iónicos receptores de glutamato, unos sensores que convierten esta señal en un aumento de la concentración de iones de calcio intracelular que se propaga a órganos distantes, donde luego se inducen en respuestas fisiológicas como las de defensa.  
En los vertebrados las señales eléctricas portadas por los iones de calcio ayudan a las neuronas a enviarse mensajes entre sí, por ejemplo, cuando se trata de dar la orden a los músculos de las extremidades para que salgan pitando ante cualquier peligro. Las plantas no pueden decir “raíces para que os quiero”, pero las investigaciones están demostrando que las plantas detectan señales locales, como el ataque de herbívoros, y transmiten esta información a través de su cuerpo para activar rápidamente las respuestas de defensa en las partes no dañadas.
Un grupo internacional de investigadores acaba de publicar un artículo en Science en el que muestran que una planta lesionada en una hoja por un insecto herbívoro puede alertar a otras hojas para que comiencen a preparar con anticipación las respuestas de defensa. Los investigadores han descubierto que cuando reciben alguna amenaza, las plantas activan una serie de defensas químicas que se propagan por su el organismo hasta llegar a las hojas distantes.
Para realizar el experimento, los investigadores dejaron que unas orugas se alimentaran de Arabidopsis thaliana. Después añadieron glutamato y, para seguir la senda de los iones de calcio, usaron una proteína verde fluorescente que, como las farolas en una calle, iluminaba las distintas partes del organismo a medida que se iban activando con la respuesta química. Sorprendentemente, observaron que las plantas parecían ser capaces de ‘sentir’ el daño, pues, cada vez que eran atacadas, respondían produciendo ácido jasmónico, una hormona vegetal relacionada con el estrés biótico, que, según parece, comunica a estos organismos que deben activar sus defensas. Los científicos pudieron contemplar la respuesta de la planta gracias al brillo de la proteína fluorescente que seguía el rastro de la respuesta de la planta.
Por lo tanto,  como hacen los vertebrados, la señal sistémica de alarma comienza con la liberación de glutamato, que es percibido por los canales iónicos. Luego, estos activan un torrente de cambios en la concentración de iones de calcio que se propagan a través del floema y a través de los canales intercelulares llamados plasmodesmos. Esta señalización a larga distancia basada en el glutamato es rápida: en cuestión de minutos, una hoja no dañada responde a las señales de una hoja distante.
Adivinar cómo plantas y animales ha evolucionado de maneras similares para responder a amenazas parecidas es todavía un misterio, pero por ahora podemos afirmar que, a pesar de su inmovilidad, las plantas se las han ingeniado para defenderse a pesar de no poder poner pies en polvorosa.  © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.