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miércoles, 28 de agosto de 2019

El sistema de alerta de sequía de las plantas terrestres tiene un origen acuático

Detalle de un alga carófita, probablemente Chara virgata. Anteridios (rojo) arquegonios (marrón). Foto.
Para las plantas, la transición del agua a la tierra fue un logro transcendental que cambió el mundo para siempre. El cambio de medio estuvo cargado de desafíos únicos, entre los cuales la amenaza de la desecación estaba omnipresente. Un estudio publicado hace unos meses  sugiere que las primeras plantas terrestres ya poseían los mecanismos para enfrentarse a la sequía que estaban presentes en algunas algas acuáticas.
Una de las claves para poder sobrevivir a la sequía es poder detectarla. Sin algún tipo de mecanismo de detección, las plantas no serían capaces de cerrar los estomas y de canalizar agua y nutrientes a los tejidos y órganos más importantes. Por eso, encontrar los orígenes y la función de los mecanismos de detección de la sequía ha sido un asunto de enorme interés para la ciencia.
Un conjunto de vías clave involucradas en la respuesta a la sequía en plantas se conoce genéricamente como la "red de señalización retrógrada de cloroplastos". El término señalización retrógrada se refiere al hecho de que los cloroplastos y las mitocondrias utilizan moléculas de señalización específicas para transmitir al núcleo información sobre sus estados de desarrollo y fisiológicos para modular como respuesta la expresión de genes nucleares. Las señales que emanan de los cloroplastos se han asociado con dos redes principales: el "control biogénico", activo durante las primeras etapas del desarrollo del cloroplasto, y el control "operativo", que funciona en respuesta a las fluctuaciones ambientales. 
Dejo para mis compañeros de Fisiología Vegetal que expliquen mejor que yo los detalles operativos de esa red, pero hay un aspecto de ella que es la clave del citado estudio. Se refiere a los medios mediante los cuales se detectan condiciones de sequía y exceso de luz en una parte de la planta y cómo esa información se comunica al resto de la misma. Cuando se activa esta vía de señalización, la planta puede comenzar a producir enzimas que activan estrategias de defensa como el cierre de los estomas.
La sorpresa se produjo cuando los investigadores decidieron estudiar la red de señalización retrógrada de cloroplastos con más detalle. Estaban interesados en el funcionamiento interno de este proceso en relación con los estomas. Los estomas son pequeños poros en las hojas y tallos de las plantas terrestres que regulan el intercambio de gases como el dióxido de carbono, el oxígeno y el vapor de agua. Para añadir algunos controles a su experimento, los investigadores incorporaron algunas especies de algas a las pruebas. Las algas no tienen estomas y, por lo tanto, pensaban que no debería haber rastros de enzimas de la red de señalización retrógrada de cloroplastos.
Ahí saltó la sorpresa. El equipo descubrió que las enzimas en cuestión también aparecían en un grupo de algas conocidas como carófitas (división Charophyta). Era muy interesante porque las algas carófitas constituyen el linaje del que se piensa que descienden todas las plantas terrestres. Parece que los mecanismos necesarios para que las plantas terrestres sobrevivan a la sequía ya estaban presentes en sus antepasados antes de que abandonaran el agua.
Chara braunii. Foto.
El asunto podría guardar relación con la forma de vida de los carófitos. Sabemos que estas algas toleran condiciones muy duras. Aunque la sequía absoluta rara vez es una amenaza para ellas, deben enfrentarse con frecuencia a ambientes que se parecen mucho a la sequía, como la hipersalinidad. Las algas carófitas que crecen en charcas efímeras deben hacer frente a concentraciones cada vez mayores de salinidad conforme el agua se evapora. Es posible que la vía de señalización de la sequía haya evolucionado como respuesta a condiciones hipersalinas como esas. 
Independientemente de lo que sucedía durante esos primeros días de evolución de las plantas, la investigación indica que la capacidad de las plantas terrestres para enfrentarse a la sequía evolucionó antes de que sus antepasados abandonaran el agua.
Cuanto más se investiga, más se puede apreciar que la evolución de características importantes no siempre es ex novo. Cada vez resulta más patente que las innovaciones son el resultado de una reestructuración de conjuntos genéticos más antiguos. En el caso de las plantas terrestres, una vía de señalización que permitía a sus ancestros acuáticos lidiar con la pérdida de agua fue elegida posteriormente por órganos como hojas y tallos para enfrentarse con el estrés de la vida en tierra firme. 
La vida siempre encuentra un camino.