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lunes, 19 de octubre de 2020

El bosque de un solo árbol o el ser vivo más grande del mundo

 

Bosque de álamo temblón en las Rocosas cerca de Vail, Colorado.

En el otoño, los turistas toman las carreteras de Norteamérica para disfrutar de los vivos colores que aparecen cuando los árboles de hoja caduca reciclan los verdes producidos por la clorofila. En el oeste de Estados Unidos y Canadá, el árbol más colorido del otoño es el álamo temblón, Populus termuloides. Amarillos brillantes y tonos espectaculares de intensos dorados contrastan con los distintos tonos verdes de las coníferas perennifolias. El álamo temblón recibe su nombre del característico aleteo de sus hojas, que se agitan incluso con las brisas más suaves.

Aunque al visitante del parque natural de Fish Lake en Utah le parezca estar delante de un bosque de 47.000 álamos temblones, en realidad se trata de un solo árbol conocido como “Pando” (nombre que en latín significa «se extiende»), que se describió por primera vez en 1976. Este enorme ser vivo extiende sus raíces 43 hectáreas bajo el suelo (unos sesenta campos de fútbol), de las que desde hace unos 14.000 años están surgiendo nuevos tallos que reemplazan a los que mueren, clonando una y otra vez la primera planta surgida hace milenios, antes incluso de que el Homo sapiens llegase a colonizar Europa.

Considerado el organismo vivo más pesado del planeta (alrededor de 5.900 toneladas) y entre los más ancianos (aunque no se puede establecer a ciencia cierta su edad), ha resistido cambios extremos de clima y la llegada del ser humano. Sin embargo, ahora puede tener los días contados.

En un artículo publicado en la revista PLOS ONE, dos investigadores de la Universidad de Utah han llevado a cabo un estudio de la evolución de este «bosque de un árbol» que abarca las últimas siete décadas. Sus conclusiones señalan que su superficie se está reduciendo principalmente debido a la amenaza de otra especie, el ciervo mulo (Odocoileus hemionus). Este animal, que vive en la zona y se alimenta de plantas jóvenes, frena su regeneración, dejando sin sucesores a los árboles envejecidos que forman Pando, cuya vida media apenas supera un siglo.

Secuencia cronológica de la evolución del bosque de álamos temblones de Fish Lake. El polígono amarillo representa el límite de Pando (sus raíces). Se pueden observar zonas deforestadas en las que ya no crecen árboles. Foto

El estudio, además de presentar el primer análisis completo de las condiciones actuales del enorme álamo, ofrece una secuencia de fotografías aéreas tomadas durante 72 años en la que se puede observar cómo Pando ha ido «adelgazando» constantemente en las últimas décadas. En las imágenes se ven las zonas deforestadas por el desarrollo humano y cómo el «gigante temblón» ha superado milenios, pero no ha aguantado a menos de un siglo de intromisión humana.

La presión ejercida por los ciervos, unida la del ganado y las visitas turísticas es tan fuerte que en una o dos décadas Pando medirá siete hectáreas. Después de ser nombrado en 2014 como un árbol señero del estado de Utah, la administración decidió proteger a Pando con vallas, pero solo las instaló en una mitad del bosque y con una altura insuficiente, a juzgar por los resultados. El ciervo mulo parece estar encontrando maneras de atravesar la cerca por sus puntos débiles o por saltando encima de ella. 

La singular forma de reproducción de Populus tremuloides, de cuyo enorme entramado de raíces van surgiendo clones, es decir, nuevos árboles idénticos genéticamente uno de otros, formando un solo ser vivo, no es exclusiva de Pando. De hecho, se tiene constancia de otros grandes árboles semejantes, aunque ninguno llega a la envergadura de este «gigante» (de media ocupan «tan solo» una hectárea de terreno). Sin embargo, los científicos sospechan que pueden existir otros Pandos similares, pero desconocidos hasta la fecha. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.


domingo, 18 de octubre de 2020

El hongo más pesado del mundo

Armillaria gallica. Foto de Dan Molter.

Han corrido ríos de tinta sobre la ballena azul (Balaenoptera musculus), cuyo tamaño medio de entre 24 y 27 metros de longitud y su peso medio de entre 100 y 120 toneladas (hay registros de ejemplares de más de 30 m de longitud y 170 toneladas) la convierten en el animal más enorme que jamás haya vivido, superando incluso a los dinosaurios de mayor tamaño. Pero resulta que algunos de los organismos más grandes de la Tierra no están en los océanos, sino debajo de nuestros pies.  

Por peso y tamaño, los hongos del género Armillaria superan ampliamente a las ballenas. En 1992 la revista Nature publicó un artículo con un descubrimiento sensacional: en un bosque de Crystal Falls, Michigan, se encontró un clon del hongo Armillaria gallica que se extendía a través de más de 39 hectáreas de suelo forestal y se aferraba a cientos de sistemas radiculares de árboles. Ese tamaño convertía al hongo en uno de los organismos más grandes del mundo. 

Armillaria gallica es un hongo cuyo cuerpo principal (micelio), como el de la mayoría de los hongos, es un conjunto subterráneo de filamentos (hifas). Cuando se asienta en un bosque, el micelio puede desarrollar un amplio sistema de estructuras similares a raíces subterráneas (rizomorfos), que pueden extenderse hectárea tras hectárea en busca de madera para consumir. Mientras que otros hongos prefieren la madera ya en descomposición, Armillaria gallica, como otras especies próximas, infecta a los árboles vivos, matándolos lentamente en el transcurso de varias décadas, para luego continuar consumiéndolos una vez que están muertos.

Rizomorfo de Armillaria. Foto.

El hongo se hace visible cuando, para reproducirse sexualmente mediante esporas, produce unos cuerpos fructíferos (setas) de tamaño modesto (pueden medir hasta unos 10 cm de diámetro), de color amarillento, provistos de un anillo blanco en la mitad del pie y cubiertos de pequeñas escamas en el sombrerillo.

Tomando como referencia las tasas de crecimiento observadas, en 1992 se estimó que el individuo de Michigan tenía al menos 1.500 años y pesaba más de 110 toneladas. Casi tres décadas después, los investigadores han regresado al bosque y han encontrado que el mismo A. gallica todavía prospera en su sitio original. Utilizando métodos genéticos más precisos, han calculado que el ejemplar es más antiguo y voluminoso de lo estimado originalmente: al menos 2.500 años y 450 toneladas, respectivamente. Este organismo titánico y matusalénico pesa casi cuatro veces más que una ballena azul y es solo un poco más pequeño que la Ciudad del Vaticano.

Para llegar a su nueva estimación, los investigadores estudiaron la composición genética de 245 muestras y estudiaron las tasas de crecimiento de las hifas  que hacen que el hongo se propague. La secuenciación genética de quince muestras también reveló que solo 163 de los 100 millones de bases de su genoma han cambiado durante toda la vida del coloso fúngico. Esa tasa de cambio es notablemente baja desde el punto de vista de la mutación genética. Quizás eso no debería ser sorprendente para un organismo que ha existido desde la Batalla de las Termópilas.

El gigantesco hongo de Crystal Falls fue la tarjeta de visita que alertó sobre el enorme tamaño que podían alcanzar estos hongos. Desde su descubrimiento han aparecido otros ejemplares de Armillaria que lo convierten casi en liliputiense. Una Armillaria que se encuentra en las Blue Mountains del este de Oregón (Armillaria ostoyae) cubre casi 800 hectáreas y puede tener más de 8.000 años, lo que por el momento convierte a este hongo en uno de los organismos de mayor tamaño del planeta. No es ni el mayor ni el más viejo, no. Un álamo temblón de Utah ha superado los 40.000 años y forma un bosque que cubre 43 hectáreas. Me ocuparé de él otro día.

Por ahora me limitaré a decir que las setas de estos hongos (como los troncos del álamo temblón de Utah) no son organismos individuales propiamente dichos. En realidad, son colonias clonales, es decir, un grupo de individuos genéticamente idénticos que han crecido en un determinado lugar a partir de un solo antepasado mediante reproducción vegetativa, no sexual. Por encima del suelo, las setas de estos hongos parecen ser individuos distintos, pero bajo tierra permanecen interconectadas y son todas clones del mismo micelio. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.


sábado, 17 de octubre de 2020

La maravillosa estrategia polinizadora de las campanillas

Campanula persicifolia

La polinización, el proceso de depositar polen sobre el estigma de una flor, es la clave del éxito de cualquier planta que se reproduzca sexualmente. Hay dos tipos principales: autopolinización y polinización cruzada. La autopolinización es el depósito de polen de una flor sobre el estigma de la misma flor, mientras que la polinización cruzada sucede cuando el polen de una flor se deposita sobre el estigma de una flor diferente de la misma planta o de una planta diferente de la misma especie.
Por tanto, la autopolinización involucra a una sola planta, mientras que, desde el punto de vista genético, en el caso de la polinización cruzada pueden ocurrir dos circunstancias. Cuando el polen se traslada desde una flor hasta el estigma de otra flor de la misma planta, no hay intercambio de genes y, en consecuencia, acechan los peligros degenerativos de la endogamia. En cambio, cuando el polen se traslada desde una flor hasta otra de una planta diferente de la misma especie, es decir, en la polinización cruzada propiamente dicha, el intercambio genético está garantizado.
Evitar la endogamia y favorecer el intercambio genético entre plantas diferentes de la misma especie es la diferencia clave entre la autopolinización y la polinización cruzada propiamente dicha. El transporte de los granos de polen desde la flor de una planta hasta otro ejemplar de su misma especie es una forma de conseguir una descendencia genéticamente diversa. No existe una estrategia única para todas las plantas cuando se trata de buscar el intercambio genético.
Las plantas tienen muchas estrategias diferentes para incrementar las posibilidades de que su polen termine en un individuo distinto en lugar de depositarlo en sus propias flores. Teniendo en cuenta que miles de plantas tienen flores en las que coexisten estambres y ovarios, es decir, en la que en el pequeño espacio de una flor conviven los dos sexos, en la naturaleza existen múltiples mecanismos implicados en favorecer la alogamia, es decir, en impedir o dificultar al máximo la autopolinización.
Disección de la flor de Campanula persicifolia. Fuente

Las campanillas de los géneros Campanula y Campanulastrum han desarrollado un original mecanismo que implica el movimiento de unos pequeños pelos situados en el interior de sus flores. Su estrategia se llama “presentación secundaria del polen”. Consiste en la transferencia del polen desde las anteras a otra estructura floral de donde será recogido por los polinizadores.
En el caso de las Campanula, eso significa que el polen permanece encerrado en las anteras hasta que el estilo (la columna que emerge del ovario) se alarga por el interior de las anteras y arrastra el polen con él. El proceso se ve favorecido por el hecho de que los estilos de las campanillas están cubiertos externamente de pelos que recogen el polen a medida que se alarga. Básicamente, el estilo actúa como una pequeña escobilla que barre el polen contenido en las anteras.
Aunque el estigma arrastre el polen, no hay mayor problema porque no el estigma no es receptivo al polen hasta que se haya eliminado la mayor parte del mismo. La cuestión es cómo "sabe" la planta cuándo se ha eliminado su propio polen. La clave está en esos pelos. 
Los pelos que cubren el estilo son sensibles al tacto. Cuando un insecto aterriza en la flor y comienza a recolectar polen, sus movimientos envían una señal a las células en la base de cada pelo que provoca un cambio en la forma en que almacenan agua. Cuando se activan, las células basales expulsan agua, lo que hace que se encojan. A medida que se encogen, los pelos se dirigen curvándose gradualmente hacia unas microcavidades del estilo. Mientras lo hacen, el polen cae o se introduce en esas cavidades. Allí lo recogerán los insectos.


Pelos recolectores de polen en los estilos de: 1) Campanula barbata;  2) Campanula kremeri;  3) Campanula dichotoma;  4-6) Cavidades a las que se han retirado los pelos recolectores de polen. Fuente.  

Hasta que los pelos no se hayan retraído por completo, el estigma no será receptivo al polen. Al hacerlo, la planta minimiza las posibilidades de que su propio polen termine en el estigma receptivo. La velocidad a la que se retraen los pelos depende de la frecuencia con la que se visitan las flores. Las flores que reciben numerosas visitas de polinizadores en un corto período de tiempo retraen sus pelos mucho más rápidamente que las plantas que reciben menos visitas. 
Eso no quiere decir que el mecanismo funcione siempre. Cuando una flor no ha recibido visitas, el estilo se volverá receptivo independientemente de si se ha eliminado el polen o no. En esos casos de emergencia, la autopolinización asegurará la descendencia de ese ejemplar. No es la mejor solución, pero este plan de emergencia funciona especialmente en las especies que tienen solo una breve temporada de reproducción (especies anuales).
Desde que de niño leí Peter Pan, siempre me han gustado las campanillas. Son plantas hermosas con mucho valor ecológico. Gracias a estas lecturas (1, 2, 3, 4), haber aprendido este verano su sorprendente y complejo mecanismo de polinización ha conseguido que me gusten un poco más. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

lunes, 12 de octubre de 2020

Cuando comes manzanas ¿estás comiendo frutos?

Antes de empezar, recuerda que el fruto (fruta, una vez comercializado) se origina a partir del ovario como consecuencia de la fecundación. 

Dependiendo de cómo acostumbres a comer manzanas, es posible que, desde el punto de vista botánico, en realidad no consumas ningún fruto. Si muerdes la parte exterior, evitando morder el corazón, es posible que dejes intacto el verdadero fruto. Si, por el contrario, vas mordisqueando hasta llegar al centro y le propinas un bocado, habrás llegado al auténtico fruto.

En las manzanas, como en otros frutos de tipo pomo como membrillos o peras (la gente a veces los llama “frutos de pepita”), el fruto "verdadero", es decir, la parte derivada del ovario, está inmerso dentro de un gran hipanto carnoso que se desarrolla a partir de otras partes de la manzana (Figura 1). La mayor parte de lo que comemos es ese dulce y crujiente hipanto (en latín hypanthium: "debajo de la flor").

Figura 1


Sin embargo, a pesar de lo que algunos creen, el ovario real no son solo los tabiques algo coriáceos que rodean las semillas y forman la estrella cuando damos un corte transversal a una manzana. La mayor parte del ovario es carnoso y se mezcla casi a la perfección con el resto de la manzana. Su límite es sutil, pero puedes verlo en una manzana cortada como un anillo de tejido vascular que rodea al corazón (Figura 2).

Figura 2. Manzanas maduras en corte longitudinal y transversal.  El "fruto verdadero" es la parte derivada del ovario. Es visible en una manzana cortada como un anillo de tejido vascular.


Los frutos en pomo se encuentran en manzanas (Malus domestica), peras (varias especies de Pyrus), membrillos (Cidonia oblonga), nísperos japoneses (Eriobotrya japonica) y nísperos europeos (Mespilus germanica), todos ellos miembros del mismo clado (linaje) dentro de la familia de las rosas (Rosaceae).

También se encuentran en el clado plantas típicamente ornamentales o silvestres como Crataegus, Cotoneaster, Heteromeles, Pyracantha o Photinia. Todas estas especies tienen flores con ovarios ínferos encerrados dentro de un hipanto y, a este respecto, son únicas dentro de la familia de las rosas. Incluso las mismas rosas (género Rosa) tienen ovarios súperos).

Es fácil detectar un ovario ínfero porque las partes sobrantes de la flor (o sus cicatrices) se pueden encontrar sobre el fruto maduro en la parte opuesta al pedúnculo (el tallito que sostenía a la flor y luego al fruto). En la familia de las rosas, resulta útil comparar entre manzanas y cerezas (Figura 3), e incluso con las fresas.

Figura 3. Las flores del cerezo (las diferentes especies de cerezos) tienen ovarios súperos visibles dentro de la copa floral.  Los ovarios ínferos de las flores de la manzana están inmersos dentro de un hipanto y se fusionan íntimamente con él.


Los sépalos y pétalos de una cereza generalmente se caen, pero dejan cicatrices en un anillo cerca de donde el pedúnculo alcanza el fruto. Los sépalos de una fresa siempre persisten, y los pétalos a menudo se pueden encontrar en las bayas frescas, justo alrededor del tallo. Por el contrario, las piezas florales de una manzana están en la "parte inferior", opuesta al extremo del pedúnculo (Figura 4).

Figura 4. Los sépalos y un pétalo arrugado son visibles en el extremo de la flor de una manzana.


Allí se puede ver un anillo de sépalos que rodea un grupo de estambres y, a veces, incluso a los estilos que conducen al ovario. Estambres y estilos aparecen retorcidos y secos, porque una vez cumplida su función se marchitan. De vez en cuando no encontramos con un pétalo arrugado.

Lo que hemos aprendido del genoma de la manzana

Un pomo es un tipo de fruto; no debe olvidarse que los tipos de fruto son categorías artificiales con límites difusos y sin una relación regular o necesaria con la historia evolutiva o la relación filogenética. Dicho esto, los parientes cercanos a menudo producen el mismo tipo de fruto y hay algunos tipos de frutos restringidos por convención a familias o clados específicos de plantas. Los frutos de los cítricos (los hesperidios) son un buen ejemplo de la perfecta posición de un tipo de fruto en un grupo taxonómico natural.

Dentro de la familia de las rosas (Figura 5), la aparición de los pomos refleja la historia evolutiva: los pomos están presentes en un solo clado, la tribu de las manzanas (llamadas Pyreae o Maleae). Curiosamente, este tipo de fruta puede ser el resultado de un gran cambio genético dentro de la familia que sucedió hace unos 50 millones de años. En 2010, un equipo de investigadores publicó un artículo sobre el genoma de la manzana, en el que se mostraba que un antepasado de la tribu de la manzana experimentó una duplicación de todo su conjunto de cromosomas. La duplicación fue seguida por una expansión y diversificación de un conjunto de genes (genes homeóticos MADS) que controlan el desarrollo de flores y frutos mediante la regulación de la expresión de otros genes.



Pero ¿cómo pudieron algunos cambios genéticos convertir un fruto seco ancestral en una manzana? Porque uno de estos genes MADS es particularmente importante para que un fruto sea carnoso: cuando se bloquea experimentalmente, el fruto resultante permanece seco. Lo que es aún más impresionante es que el mismo gen también debe funcionar para otras características del fruto, exactamente las características que hacen que un fruto carnoso sea atractivo para los dispersores animales: color, aroma y contenido de azúcar.

Si quieres saber cuál es la fruta más cara del mundo, abre este enlace. Si deseas saber casi todo sobre las manzanas, lee este libro. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinado Lorca.

sábado, 10 de octubre de 2020

Las tramposas palancas de las orquídeas verdes

Pterostyis turfosa. Foto


Como si hubieran escapado de una exposición de arte moderno, las flores de las casi 300 especies de orquídeas verdes (género Pterostylis) son tan complejas como hermosas. Originarias de Australia, Nueva Zelanda, Nueva Guinea, Nueva Caledonia e Indonesia, muchas orquídeas verdes utilizan trucos muy elaborados para aumentar las posibilidades de ser polinizadas por diferentes insectos.

Aunque varían en forma, tamaño y color, las flores se ajustan a un modelo más o menos similar. El sépalo dorsal y dos pétalos laterales se fusionan formando una estructura parecida a una caperuza, de donde proviene el nombre de “encapuchadas” con el que se conocen en sus lugares de origen. 

En la parte delantera de la flor, los dos sépalos laterales se fusionan cerca de su base y se estrechan en dos puntas o alas superiores que dan a las flores un aspecto sorprendente. Toda la estructura floral constituye una especie de trampa de caída alrededor de los órganos sexuales. En muchas especies, el pétalo inferior o labelo sobresale, emerge por la boca del tubo floral y está cubierto de pelos u otras protuberancias.



Las flores de las orquídeas verde son verdaderas maravillas de la evolución. No solo son estructuralmente complejas; también están tintadas en varios tonos de verdes, blancos, rojos y marrones. Por supuesto, todo ese alarde de belleza tiene una sola función: el sexo.

Esencialmente, las flores son trampas polinizadoras que funcionan como resortes. Como tantos otros miembros de la familia Orchidaceae, estas orquídeas son unas estafadoras que engatusan a sus polinizadores con la promesa de sexo, pero no ofrecen nada a cambio y acaban por dejarlos con dos palmos de narices.

Aunque todavía queda mucho por aprender sobre la polinización en este género, una investigación demuestra que prometer sexo es el principal truco que emplean. La abundancia de insectos macho que visitan las flores de muchas especies indica que consiguen la polinización a través del engaño sexual.

Atraídos por aromas que imitan con precisión las feromonas de las hembras receptivas, los machos aterrizan en la flor y comienzan a buscar pareja. Inevitablemente comienzan a explorar el labelo, lo que los conduce hacia el tubo floral. En algún momento de su andadura, el insecto macho alcanza un punto de inflexión del labelo. Como un balancín disparado por el exceso de peso del insecto, el labelo se dispara hacia atrás golpeando al visitante contra la columna, donde entra en contacto con los órganos reproductores.

Pterostylis coccina , sépalos y pétalos eliminados (1) - labelo (2) - bisagra (3) - estigma (4) - pollinia (acumulación de polen). Imagen


Todo el proceso pilla de sorpresa a la víctima desprevenida. El aturdido insecto macho se afana en el interior del tubo antes de encontrar la única vía de escape proporcionada por una anatomía floral que asegura tanto la adquisición como la deposición del polen. Los experimentos han demostrado que este mecanismo de palanca se puede repetir hasta tres veces en unas pocas horas, por lo que cada flor dispone de varios intentos para que el proceso se lleve a cabo correctamente.

¿Qué insectos son víctimas de la treta? En su mayoría son dípteros como moscas pequeñas y mosquitos. Las pocas investigaciones que se han realizado sobre los síndromes de polinización de estas orquídeas han revelado relaciones sorprendentemente complejas y, a menudo, específicas de especies entre las plantas y sus polinizadores.

Eso es coherente desde un punto de vista químico. Es poco probable que las feromonas de apareamiento de una especie de mosca o mosquito atraigan a machos de diferentes especies. El truco de las orquídeas verdes solo funciona con una o posiblemente incluso con un par de especies estrechamente relacionadas. 

Aun así, quedan por resolver muchos misterios en este grupo diverso y extendido de orquídeas verdes, porque el conocimiento detallado de su biología reproductiva está todavía en mantillas. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca. 


martes, 22 de septiembre de 2020

Fresas: decenas de frutos en una fruta

 


Introducción

¿Por qué las fresas tienen las semillas por fuera en vez de por dentro como el resto de las frutas? Respuesta: No, no las tienen.

Cuando mires de cerca una fresa madura, verás que el exterior está revestido de pequeños hoyos cada uno de los cuales contiene una diminuta semilla ¿verdad? No son semillas. Lo que estás viendo son decenas de pequeños frutos [1] individuales, cada uno con su propia semilla. Son un tipo de "aquenio" (un fruto que contiene una sola semilla). Son frutos secos y deben ser considerados como los verdaderos frutos de las fresas.

Dentro de cada fruto hay una pequeña semilla. Uno y otro son tan diminutos y están tan estrechamente unidos que parecen uno solo. La parte carnosa es sólo un tejido accesorio cuyo papel biológico es que la fresa resulte atractiva para los animales frugívoros. Los animales se tragan la jugosa pulpa y los aquenios. Más tarde, cuando defecan, los resistentes aquenios, que han superado el ataque de los jugos gástricos del tracto digestivo del animal, son depositados en otro lugar donde algunos germinarán para producir una nueva planta.

Estudio morfológico y anatómico

Empecemos por analizar una fresa (Fragaria x ananassa) en su conjunto (Imagen 00) y luego la estudiaremos por partes.

1. Imágenes 1 y 2. Observa toda la fresa. Lo primero que hay que considerar su relación con la flor de la que proviene. El trozo de tallo donde la flor se une al resto de la planta es el pedúnculo floral, que sostiene la flor. Esté como esté la fresa una vez cortada, debes tener en cuenta que cuando estaba en la planta de la que proviene era péndula, es decir, apuntaba hacia el suelo.






2. Imágenes 3 y 4. En las flores de las fresas, como las de géneros afines (Potentilla en la imagen 4), cáliz y corola son pentámeros; hay múltiples estambres formando un anillo por dentro de los pétalos. En el centro de la flor, hay un montículo (el receptáculo), en que se disponen decenas de pistilos, los órganos femeninos de las plantas con flores, compuestos de una cámra cerrada, el ovario, que se conecta con el exterior por una columna hueca, el estilo, por donde penetrara el tubo polínico.




3. Imágenes 5 y 6. Observa los sépalos verdes que forman un anillo en la base de la fruta. Recuerda que los sépalos son las piezas más externas de las flores, cuya función biológica es proteger al resto de las piezas florales cuando la flor no está abierta, es decir, cuando está en capullo. El conjunto de los sépalos se llama cáliz.




Aunque parezca que hay diez sépalos formando dos anillos alternos de cinco sépalos, no es así. El anillo exterior se llama epicáliz y en realidad está compuesto por brácteas o estípulas, unos apéndices de los sépalos. Cada sépalo está flanqueado por dos estípulas, pero las estípulas adyacentes de dos sépalos vecinos se fusionan, dando la impresión de que las estípulas individuales alternan con los sépalos.

Levanta los sépalos para descubrir los estambres. El siguiente verticilo de apéndices de los sépalos normalmente está compuesto de pétalos, aunque estos desaparecen cuando las fresas han madurado. A veces, raras veces, un pequeño pétalo blanco arrugado y enmohecido puede aparecer pegado a la fresa en algún sitio. Lo que sí se puede ver al levantar los sépalos son un par de anillos de estambres que permanecen adheridos al cáliz. Los estambres de la fresa tienen forma de espátula, cuya parte ancha son las anteras, en las que se produce el polen. A estas alturas, las anteras se han abierto para arrojar el polen y las hendiduras acopadas por las que sale se ven de un color más oscuro que el resto del estambre (el filamento estaminal).

Imagen 7


4. Imagen 7. Mira ahora el esquema de una flor hermafrodita completa. No es la de la fresa, pero lo que quiero mostrar es que justo por dentro (en realidad por encima) del anillo de estambres está el pistilo (o los pistilos), cuya parte más importante es el ovario. Los ovarios son las estructuras cerradas que contienen los óvulos (en realidad debería llamarlos primordios seminales), que cuando sean fertilizados se convertirán en semillas. Después de la fecundación, los propios ovarios se convierten en frutos que encerrarán las semillas.

Imágenes 8, 9 y 10. Si seguimos ese modelo floral, podríamos comenzar imaginando que el gran montículo rojo en el centro de la flor de la fresa tiene que ser el ovario maduro (la fruta, botánicamente hablando el fruto). Pero observa que el montículo está cubierto de pequeñas piezas duras de color madera a las que solemos llamar semillas. Ahora bien, basta pensar en cualquier fruta (piensa en una sección cortada de una manzana, de una naranja o de un melón), para darse cuenta de que las verdaderas semillas están en el interior de los frutos.

Las semillas no crecen en el exterior de los frutos. De la misma forma que los embriones de los mamíferos se desarrollan dentro de su madre, las semillas, que básicamente son los embriones de las plantas, también lo hacen, por lo que debemos sospechar que, si observamos semillas en el exterior, eso rompería todas las reglas normales de desarrollo de ovarios y frutos.

Si miras muy de cerca una de esas “semillas”, verás que en su extremo hay un pequeño apéndice filiforme. Ese hilo es el estilo que conduce al interior del ovario. Cualquier grano de polen que aterrice en el estigma (el extremo superior viscoso del estilo) puede germinar y desarrollar un tubo a través del estilo para llevar los gametos masculinos hasta los óvulos situados en el interior del ovario.

No hay semillas con estilo y estigma, porque ambos son atributos exclusivos de los frutos. Por tanto, la presencia de un estigma y de un estilo nos dice que cada una de esas "semillas" es en realidad un ovario maduro individual. El montículo de una fresa está cubierto de muchos frutitos duros. A ese tipo de frutos los llamamos aquenios: un tipo de fruto seco derivado de un ovario súpero que contiene una sola semilla.


Por último, corta la fresa transversalmente. Ahora que sabemos que el montículo rojo no es el verdadero fruto, y que los frutos reales son aquenios, nos daremos cuenta de que cuando comemos una fresa en realidad estamos comiendo decenas de frutos. Lo que obtenemos del montículo rojo es una recompensa dulce, ácida, jugosa y llena de vitaminas. Botánicamente, el montículo rojo es un eje floral muy grueso, el receptáculo, a cuyo alrededor se disponen sépalos, pétalos y estambres, y cuya colina central coronan decenas de pistilos.



Fresas, zarzamoras y frambuesas

Imágenes 10, 11 y 12. Para resumir, una fresa no es una baya (para conocer más a fondo las bayas, lee estos dos artículos de mi blog: 1, 2) sino un eje floral dulce y carnoso (receptáculo) cubierto de muchos frutos secos individuales llamados aquenios. Botánicamente, el conjunto recibe el nombre de eterio o conocarpo.



Mira ahora la figura 12. Conceptualmente es útil comparar las fresas con zarzamoras y frambuesas del género Rubus, que pertenecen a la misma familia (Rosaceae). Como las fresas, zarzamoras y frambuesas tienen un receptáculo agrandado cubierto de frutos individuales; sin embargo, a diferencia de las fresas, zarzamoras y frambuesas tienen un receptáculo seco.


En ambas, los frutos son carnosos y dulces. Aunque los frutos no son aquenios, tampoco son bayas. Esos frutos tienen una parte carnosa, el mesocarpo (literalmente “fruto medio”) que rodea un huesecillo (un endocarpo duro), que contiene una sola semilla. Son esencialmente ciruelas o melocotones, es decir, drupas en miniatura. Para saber más sobre las drupas, consulta este artículo de mi blog.

Las frambuesas parecen huecas porque sus receptáculos se quedan anclados en el arbusto cuando arrancamos el conjunto piramidal que forman las drupas estrechamente unidas las unas a las otras.

Conclusión

Fresas y moras usan diferentes estrategias para el mismo fin: la dispersión de sus semillas a gracias a los animales, lo que conocemos como zoocoria. Ya sea el receptáculo de la fresa o las drupitas de moras y frambuesas, se trata de estructuras dulces y carnosas que atraen y recompensan a los dispersores de semillas, mientras que una pequeña cubierta dura, la pared del aquenio o el hueso de la drupa, protege a las semillas cuando atraviesan el tracto digestivo de los animales que las digieren.



[1] Una cuestión básica que muchas veces mueve a confusión. De la misma forma que a los peces cuando están en el mercado les llamamos “pescados”, a las estructuras orgánicas reproductoras de las plantas, que botánicamente se llaman frutos, les llamamos “frutas” una vez puestas sobre los mostradores comerciales.

sábado, 19 de septiembre de 2020

COVID-19: lo que nos enseña el tabaco


La regla de los seis pies como medida de distanciamiento social es un buen punto de referencia fácil de recordar, pero es importante comprender sus limitaciones con la llegada del otoño.

Mañana de calma otoñal. No corre ni una brisa. En el jardín de la facultad me encuentro con una compañera, una de las últimas fumadoras que quedan por aquí. Nos separamos prudencialmente, unos tres metros calculo. Yo llevo la mascarilla. Ella fuma. Intenta que el humo no me alcance. No lo consigue. Cada vez que espira, el aroma del tabaco llega hasta mí. Si me alcanza el humo, pienso, también lo haría cualquier virus.

El distanciamiento físico consiste en mantener una distancia segura con quienes no convivimos habitualmente. La distancia se basa en la regla de los seis pies, la longitud aproximada de 2 brazos extendidos, unos dos metros.

Cuando exhalamos aire pulmonar emitimos entre 900 y 300 000 partículas líquidas. Estas partículas varían en tamaño desde microscópicas, de una milésima del grosor de un pelo, hasta otras con el tamaño de un grano de arena. Un estornudo puede lanzarlas a velocidades de hasta 100 km/h. Las gotitas se mezclan en el aire circundante formando aerosoles (Vídeo 1).

Vídeo 1. Estas animaciones realizadas en la Universidad de Florida, que utilizan modelos informáticos, muestran cómo un estornudo propaga gotitas respiratorias. Mientras que las partículas más grandes caen rápidamente, otras permanecen en el aire como aerosoles. Las animaciones varían según la dirección del estornudo, el volumen (Q) en litros y la velocidad máxima (Umax) en metros por segundo en condiciones de temperatura idénticas. Crédito: K. Liu, J. Salinas, M. Allahyari, N. Zgheib y S. Balachandar / Universidad de Florida. 

Mientras que las de mayor tamaño y a veces fácilmente observables, las gotas de Flügge, caen siguiendo una trayectoria balística y desde cualquier superficie en la que caigan pueden contagiar indirectamente, la mayoría tienen un diámetro inferior a  cinco micras, son demasiado pequeñas para verlas, las lanzamos constantemente cuando respiramos, hablamos, cantamos, tosemos o estornudamos y se esfuman rápidamente como el humo del tabaco.

En los años 30 del siglo pasado, el bacteriólogo William F. Wells, que investigaba sobre la tuberculosis, publicó un artículo en el que expuso que lo más lejos que viajaban los aerosoles respiratorios antes de evaporarse o de caer al suelo era de unos seis pies. Aunque es cierto que mantenerse a esa distancia puede reducir la posibilidad de que una gota cargada de virus nos alcance directamente cuando alguien tose o grita, la regla, además de pasar por alto el contagio desde objetos contaminados, no proporciona un escenario completo del riesgo de contagio, especialmente en interiores o en espacios abiertos con tiempo calmo, cuando la ventilación es insuficiente

Debido a la evaporación, el tamaño de los aerosoles espirados puede disminuir rápidamente hasta aproximadamente el 40% de su diámetro original e incluso más. La evaporación no es completa porque están compuestos de agua y de materia orgánica que, en el caso de proceder de una persona contagiada, puede incluir SARS-CoV-2, cuyo tamaño es pequeño, de aproximadamente 0,1 micras. El riesgo de infección es más alto justo al lado de una persona infectada y decrece con la distancia y con la capacidad de contagio del virus, que disminuye con el tiempo.

Los aerosoles pueden permanecer suspendidos en el aire durante minutos u horas, lo que representa un riesgo cierto de contagio para cualquiera que los inhale. Como las corrientes de aire por pequeñas que sean los dispersan, no representan ningún peligro de contagio en ambientes abiertos y bien ventilados: en exteriores, el distanciamiento físico y la mascarilla proporcionan una excelente protección contra la transmisión de virus. En interiores la cosa cambia.

Figura 1: Cuando la ventilación es escasa, la "nube" de aerosoles formada por cualquier estornudo o por cualquiera que grite sin llevar mascarilla se dispersa formando un halo ligeramente alejado de las proximidades de la persona emisora que va diluyéndose a medida que se extiende. Pero, aunque se disperse, ese proceso dura varios minutos y, mientras tanto, una persona que camine sin mascarilla entre los estantes puede inhalar las partículas pequeñas.

Los resultados de varias investigaciones demuestran que la transmisión por aerosoles puede ser relevante en ambientes con una escasa ventilación como los que pueden presentarse, por ejemplo, en los pasillos angostos de los supermercados o de las bibliotecas (Figura 1).

Pero no es necesario que los pasillos formados por las estanterías actúen de autopistas víricas. Imagine que entra en una habitación donde alguien está fumando. Cuanto más cerca esté del fumador, más potente será el olor y más humo inhalará. Basta entrar en una habitación donde se haya fumado, para comprobar que el humo se mantiene en el aire varias horas y que, pasado un tiempo, impregnará toda la atmósfera del local (Vídeo 2).

Vídeo 2. Salvando algunas pequeñas diferencias, observar cómo se mueve el humo de un cigarrillo en una habitación sin ventanas puede ayudar a entender cómo circulan en el aire las gotitas cargadas de virus. El modelo muestra las trayectorias de las gotas emitidas por alguien en una habitación con ventilación mixta. Crédito: Goodarz Ahmadi y Mazyar Salmanzadeh / Clarkson University.

El humo del cigarrillo contiene aerosoles similares a las gotitas respiratorias más pequeñas, las que permanecen más tiempo en el aire. El humo puede ser transportado por el viento a más de seis pies, pero las concentraciones normales de humo no se acumulan en exteriores porque se diluyen en el gran volumen de aire que nos rodea. Por eso, unos investigadores chinos descubrieron que solo uno de los 314 brotes que examinaron se produjo por un contagio al aire libre. 

Sin embargo, la mayoría de los espacios interiores tienen poca ventilación. Eso permite que la concentración de aerosoles se acumule con el tiempo y llegue a todos los rincones. Hablar en voz alta, gritar o cantar también pueden generar concentraciones mucho mayores de aerosoles, lo que aumenta enormemente el riesgo de contagio.

No es de extrañar que el origen de la gran propagación inicial del COVID-19 y de la mayoría de los casos de “superpropagación” se hayan producido en reuniones masivas y en interiores, incluidos locales de ocio abarrotados, funerales y cualquier otra actividad más o menos multitudinaria en la que no se hayan usado mascarillas.

Antes de la actual pandemia, nadie se preocupaba del contagio respiratorio por aerosoles acumulados en interiores porque su carga vírica era demasiado baja para causar contagios serios. Con el SARS-CoV-2, la situación es diferente. Los estudios han demostrado que los aerosoles de los pacientes COVID-19 positivos, incluso aquellos que son asintomáticos, portan una carga vírica suficiente como para que, cuando se inhalan durante una simple conversación, sea posible una infección respiratoria.

No hay distancia segura que valga en un espacio mal ventilado. Como sucede cuando alguien fuma cerca de nosotros, una estrategia muy eficaz para no respirar humo es evitar colocarse directamente a favor del viento del fumador. Esto también es válido para las gotitas respiratorias.


Pero del mismo modo que abrir ventanas puede limpiar una habitación llena de humo, las buenas estrategias comunitarias implican la ventilación y el filtrado que aportan aire fresco para reducir los niveles de concentración de aerosoles. Ambas actuaciones reducen la concentración de gotitas respiratorias que se acumulan en el local y brindan protección contra la inhalación de aerosoles infectados. Además, se deben usar mascarillas en todo momento, pero aún más en interiores de lugares públicos.

Finalmente, debido a que el riesgo de infección aumenta con el tiempo de exposición, también es importante limitar el tiempo que se pasa dentro de los espacios públicos. En general, las pruebas sugieren que es mucho más arriesgado estar adentro que afuera. La razón es la falta de flujo de aire. Se necesitan entre 15 minutos y tres horas para que un aerosol sea succionado y expulsado por un sistema de ventilación o a través de una ventana abierta.

Por tanto, aunque la regla de los seis pies sea una buena herramienta para combatir la propagación de la COVID-19, a medida que con los frescos otoñales se organicen más actividades interiores, será fundamental implantar las medidas de seguridad recomendadas por Sanidad, incluidas las que la lógica dicta para evitar inhalar el humo del tabaco: crear corrientes para airear y ventilar de manera forzada con aire del exterior y, en el caso de usar aparatos de ventilación, que incorporen filtros al menos de tipo MERV-13.

viernes, 18 de septiembre de 2020

¿Puedo cargar el móvil con una batería de verduras?

Las frutas y las verduras conducen la electricidad de la misma manera que una solución salina como la del interior de una pila o de una batería cierra un circuito eléctrico.

Hace muchos años, cuando visité por primera vez el Museo de Ciencias de San Diego, un experimento que hoy me parece pan comido me fascinó. En una mesa, unos pepinillos, por un lado, y unas patatas por otro, estaban conectados a unos cables que producían la suficiente electricidad como para mantener encendida una pequeña bombilla. Fue la primera batería vegetal que vi en mi vida.

Hay muchos tipos de conductores. Los conductores más conocidos son los eléctricos, por lo general de cables de cobre, que se utilizan para hacer funcionar corrientes eléctricas en todo tipo de instalaciones, y los conductores iónicos, que pueden generar electricidad gracias al movimiento libre de unas partículas cargadas eléctricamente, los iones.

Las frutas y verduras conducen la electricidad de la misma manera que una solución de sal completa un circuito eléctrico como sucede en el interior de una pila o de una batería gracias a los iones que hay en la solución salina. No conducen electrones como lo hacen los conductores eléctricos tradicionales. Veamos cómo funciona una pila (Figura 1).


La mayoría de las pilas (o de las baterías de los dispositivos móviles) tienen tres componentes fundamentales: electrodos, electrolito y separador. Cada batería tiene dos electrodos hechos de materiales conductores, que cumplen funciones diferentes. Un electrodo, el cátodo, está conectado al extremo positivo de la pila [marcado con el signo más (+) en la pila], y es por donde la corriente eléctrica sale (o entran electrones) durante la descarga, es decir cuando la batería se utiliza para alimentar algo. El otro electrodo, conocido como ánodo, está conectado al extremo negativo de la batería [marcado con el signo más (-) en la pila] es por donde la corriente eléctrica entra (o los electrones salen) de la batería durante la descarga.

Entre estos electrodos está el electrolito. Es una sustancia líquida gelificada que contiene iones o partículas cargadas eléctricamente. Los iones se combinan con los materiales que componen los electrodos produciendo reacciones químicas que permiten que una batería genere una corriente eléctrica.

La función del separador es mantener el ánodo y el cátodo separados entre sí dentro de la batería. Sin un separador, los dos electrodos entrarían en contacto, lo que provocaría un cortocircuito que impediría que la batería funcionara correctamente.

Para ver cómo funciona una batería, imagínate colocando pilas alcalinas en una linterna. Cuando pones las baterías en la linterna y la enciendes, lo que realmente estás haciendo es completar un circuito. La energía química almacenada en la batería se convierte en energía eléctrica, que sale de la batería y entra en la base de la bombilla de la linterna, lo que hace que se encienda. Luego, la corriente eléctrica vuelve a entrar en la batería, pero en el extremo opuesto de donde salió originalmente.

Los electrodos de la pila contienen átomos de ciertos materiales conductores. Por ejemplo, en una batería alcalina, el ánodo normalmente está hecho de zinc, mientras que el cátodo suele ser de dióxido de manganeso. El electrolito que rellena el interior entre ambnos electrodos contiene iones. Cuando estos iones se encuentran con los átomos de los electrodos, se producen unas reacciones electroquímicas entre iones y átomos.

La serie de reacciones químicas que ocurren en los electrodos se conocen como reacciones de oxidación-reducción (redox). En una batería, el cátodo se conoce como el agente oxidante porque acepta electrones del ánodo. El ánodo se conoce como agente reductor, porque pierde electrones, es decir, se “reduce”. Estas reacciones dan como resultado el flujo de iones entre el ánodo y el cátodo, así como la liberación de los electrones de los átomos del electrodo.

Estos electrones libres se reúnen dentro del ánodo (la parte inferior plana de una pila alcalina. Como resultado, los dos electrodos tienen cargas diferentes: el ánodo se carga negativamente a medida que se liberan los electrones, y el cátodo se carga positivamente a medida que se consumen los electrones (que están cargados negativamente). Esta diferencia de carga hace que los electrones quieran moverse hacia el cátodo. No tienen forma de llegar al interior de la batería porque el separador les impide hacerlo.

Cuando pulsas el interruptor de tu linterna, todo eso cambia. En ese momento, los electrones consiguen una vía para llegar al cátodo. Pero primero tienen que pasar por la base de la bombilla de la linterna provocando su ignición. El circuito se completa cuando la corriente eléctrica vuelve a entrar en la pila a través de la parte superior de la batería en el cátodo.

Volvamos a nuestras verduras. Como expliqué en este artículo, las células funcionan gracias a las diferencias de carga que hay en el interior y en el exterior de la membrana celular. Como están formados por células, los tejidos animales o vegetales son conductores iónicos que crean circuitos. Los electrolitos, que son los compuestos químicos que crean iones en estos materiales orgánicos cuando se disuelven en agua, hacen todo el trabajo.

Un conductor iónico contiene cargas positivas y negativas, que se mueven libremente cuando entran en contacto con un voltaje determinado. Por ejemplo, cuando la sal de mesa se disuelve en agua, el sodio (Na+ y el cloro (Cl-), que tienen cargas opuestas, crean una solución iónica. Estas soluciones iónicas se llaman electrolitos y se pueden encontrar en todos los seres vivos.

Por eso, técnicamente, cualquier fruta o verdura puede convertirse en un conductor iónico, pero algunas son mejores que otras. Por esa misma razón, el agua del mar o el agua del grifo sin filtrar son mejores conductores iónicos que el agua dulce filtrada.

Las naranjas, cuyo interior está compartimentado por los tabiques de los carpelos, son malos conductores iónicos.

La mejor batería vegetal será la formada por cualquier fruta o verdura que contenga altos niveles de iones que sean buenos conductores, como el potasio o el sodio, y presente una estructura interna adecuada para crear una corriente. Las patatas, que tienen estructuras homogéneas, y los pepinillos, que tienen altos niveles de sodio y mucha acidez, son dos buenos ejemplos. Si quiere conseguir un "empujón" eléctrico adicional, puede remojar la patata o el pepino en agua salada antes de montar el experimento de la batería vegetal.

Por el contrario, no funcionarán bien ni los tomates, que tienen un interior complejo y desordenado, ni las naranjas, que, aunque tienen altos niveles de potasio, poseen una pulpa dividida en compartimentos separados por tabiques que crean barreras que bloquean la corriente.

Algunas frutas y verduras pueden estar repletas de iones superconductores, pero se necesitan algunos materiales más para convertirlas en baterías. El voltaje de la batería proviene de electrodos hechos de dos metales diferentes, cobre y zinc. Si quiere construir fácilmente una batería de patata o pepinillo, debe colocar una moneda de 1 céntimo de euro (son de acero recubierto de cobre) y un clavo galvanizado (que generalmente está hecho de hierro recubierto con zinc).

Ni la fruta ni la verdura pueden producir electricidad por sí solas. Necesitan una ayuda para impulsar los iones. Cuando inserta en ellos dos metales diferentes y los conecta con un cable, se crea un circuito eléctrico. Luego, cuando el cable entra en contacto con los electrolitos, la batería comienza a generar voltaje. Debido a la diferencia en la energía potencial eléctrica entre los dos metales, los iones positivos y negativos comenzarán a moverse libremente.

Pero ¿podría cargar la batería de mi móvil con una batería de patatas? Una batería de una sola patata puede producir alrededor de 1,2 voltios, así que necesitaría conectar muchas baterías de papa en paralelo para crear la corriente suficiente para cargar un teléfono o una tableta.

No experimente como hacía el profesor Franz de Copenhague: le resultará más fácil, más eficaz y más económico usar el cargador de su teléfono. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.