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domingo, 21 de noviembre de 2021

Plantas carnívoras: el curioso caso de los cazadores cazados

Sarracenia pupurea


La carnivoría de las plantas es una maravilla evolutiva que ha fascinado a los naturalistas y a la gente en su conjunto. Darwin incluso dedicó un estudio exhaustivo a las que consideraba las "plantas más maravillosas del mundo". Cuando se habla de plantas carnívoras, es inevitable que surja el nombre Sarracenia, denominación de un género de angiospermas que comprende unas diez especies de plantas carnívoras nativas de Norteamérica.

Antes de entrar en materia, una curiosidad sobre este género descrito por el Linneo en 1753, que dedicó el nombre al médico borgoñés Michel Sarrazin, latinizado Sarracenus, (1659-1734), que emigró a Norteamérica hasta la que entonces era la colonia de Nueva Francia. Sarrasin fue un buen cirujano (realizó la primera mastectomía en Norteamérica), y un naturalista y recolector de plantas en Quebec. Regresó a Francia solo dos veces durante su vida, pero mientras estaba en París pasó un tiempo en el Jardin des Plantes donde estudió con el ilustre botánico Joseph Pitton de Tournefort, quien le animó a dedicarse al estudio de la botánica, una afición que practicó durante toda su vida. A pesar de su posición de alto rango como uno de los pocos intelectuales coloniales, Sarrazin afrontó múltiples problemas financieros y murió en la pobreza a los setenta y cinco años, dejando una viuda y cuatro hijos.

El género Sarracenia da nombre a la familia Sarraceniaceae, en la que se incluyen dos géneros más de plantas carnívoras: Darlingtonia y Heliamphora. Las tres tienen en común unas hojas enrolladas sobre sí mismas que forman una especie de jarra en cuyo fondo hay enzimas digestivas que digieren los insectos que caen dentro. Los insectos son atraídos por la secreción de néctar y por una combinación atractiva de olores y colores. Estas plantas viven en medios pobres en nitrógeno, así que obtienen este nutriente esencial a partir de proteínas de origen animal tal y como hacemos nosotros.

La habilidad demostrada por las Sarracenia para atrapar y digerir insectos está fuera de toda duda, pero haciendo realidad aquello de que “donde las dan las toman” o de que “los pájaros se tiran a las escopetas”, hay un puñado de insectos que le han dado la vuelta a la tortilla, recordándonos que estos los cazadores pueden convertirse en presas.

Cada vez que he encontrado una población de sarracenias en su ambiente natural, llamaba mi atención unas curiosas manchas en sus hojas que recordaban mucho a lo que las orugas de muchos insectos comedores de hojas dejaban como huella de su deambular digestivo. Ahora, la búsqueda bibliográfica [1] me ha llevado a conocer lo que he aprendido acerca de unas mariposas cuyas larvas se atreven a devorar a los temibles devoradores de insectos. Aquí lo resumo.

Hay tres especies de mariposas nocturnas del género Exyra que no existirían si no fuera por las plantas jarra de género Sarracenia. Dos de ellas, E. ridingsii y E. semicrocea, viven exclusivamente en los pantanos del sureste de Estados Unidos, mientras que E. fax se puede encontrar muy al norte, en Terranova.

Adulto y oruga de Exyra semicroccea. Fotos.


Tanto las orugas como las mariposas adultas están físicamente adaptadas a vivir dentro del resbaladizo interior de las paredes de la jarra. Los análisis microscópicos de sus patas han revelado adaptaciones morfológicas especializadas que les permiten aferrarse a las paredes resbaladizas de las hojas de las sarracenias. Las orugas también se benefician de su capacidad para fabricar hilos de seda con los que, a la manera de los escaladores, se aferran a las paredes de las jarras.  Curiosamente, cuando están posadas en el interior sus hospedantes, las mariposas solo se colocan en posición vertical. Incluso cuando se aparean (lo que también ocurre dentro de la planta), lo hacen en un ángulo de 90 grados para que ninguno de los dos mire hacia abajo. Se piensa que deben permanecer en erguidos para que sus pies se adhieran correctamente a la pared cerosa.

 

Señales de herbivoría en Sarracenia flava.

Independientemente de la especie que estén devorando, las tres polillas se comportan de manera semejante a lo largo de su ciclo de vida. Las orugas nacen dentro de una jarra. Inmediatamente comienzan a alimentarse de la pared de su hospedante. Solo devoran las células interiores de la pared de la jarra, dejando una fina capa de tejido en la pared exterior. Eso hace que la jarra parezca cubierta de un mosaico de ventanas marrones translúcidas. En algún momento de su vida, las orugas también fabrican una malla de seda en la boca de la jarra. Hacerlo sirve para protegerlas de depredadores como las arañas linces, a la vez que reduce la capacidad de las sarracenias para capturar nuevas presas.

A medida que las orugas crecen, se trasladan a otras jarras. Cuando alcanzan un buen tamaño, los daños que causan en las paredes de la jarra pueden resultar muy intensos haciendo que las paredes colapsen hasta el punto de que pierden su integridad estructural y se pliegan. Eso también sirve para intensificar la protección de la oruga frente a los depredadores y, al mismo tiempo, para reducir la capacidad de la planta para capturar presas. Después de su quinto estadio larvario, las orugas se trasladan a otra jarra nueva, que por lo general está indemne. En muchos casos, se arrastran hasta el fondo de la jarra, hacen un pequeño agujero en el costado para que drenen los peligrosos fluidos digestivos de la jarra. Luego, alejado el peligro de ser digeridas cuando sean adultas, se convertirán en crisálidas justo por encima del orificio de drenaje.

Después de un período de tiempo que varía según las especies, las crisálidas se transformarán en unas bonitas mariposas adultas vestidas en tonos amarillos y negros. Son unas mariposas muy cautas que no abandonan las jarras hasta el anochecer. Cuando emergen, solo lo hacen para aparearse y poner huevos en nuevas sarracenias.

Una oruga de Exyra en el interior de la jarra de Sarracenia flava.


Después de aparearse, la hembra pone sus huevos justo debajo de la boca de una jarra y el ciclo comenzará de nuevo. Se ha descubierto que, además de la necesidad de aparearse, el único estímulo que puede hacer que las mariposas abandonen sus refugios en el interior de las jarras es el humo. Eso se cumple a rajatabla en el caso de las especies sureñas, ya que las turberas en las que viven están sometidas a frecuentes incendios forestales. Si permanecieran en las jarras, es muy probable que poblaciones enteras de orugas y mariposas resultaran incineradas

No obstante, a pesar del peligro que representa cualquier incendio, el fuego es esencial para el ciclo de vida de las mariposas. Las turberas pantanosas donde viven las sarracenias no podrían persistir sin fuego. Cuando se suprimen los incendios, esos pantanos se colman con lodos y van siendo colonizados por una vegetación más agresiva formada por innumerables especies invasoras que crecen en esa región. A medida que los pantanos se cubren con arbustos y arbolillos, las sarracenias y otras especies de pantanos pueden desaparecer por completo. El fuego en esos hábitats trae más vida que muerte.

Dado que las jarras de las sarracenias funcionan como órganos fotosintéticos y como un medio para obtener nutrientes como nitrógeno y fósforo, es lógico pensar que el daño que les infringen las orugas podría dañarlas a largo plazo. De hecho, las altas densidades de orugas pueden cobrarse un alto precio en las poblaciones de plantas jarras.

Los estudios realizados en muchas zonas pantanosas han demostrado que, con el tiempo, las poblaciones de sarracenias muy dañadas pueden reducir su tamaño, lo que indica pérdida de reservas de energía. También se ha descubierto que las plantas muy dañadas producen más hojas jarras, lo que indica que estos especímenes están dando prioridad a una mayor captura de nutrientes. En ecosistemas ya caracterizados por la escasez de nutrientes, los efectos de la herbivoría que realizan las orugas sobre estas plantas carnívoras probablemente sean más graves que en las plantas que crecen en entornos ricos en nutrientes.

Sea como sea, hay un peligro mucho más real que afecta a las mariposas y a sus hospedadoras carnívoras.  Solo el 3% de los pantanos que existieron alguna vez en el sureste de Norteamérica han sobrevivido hasta hoy. La pérdida de hábitats significa menos poblaciones de plantas y, por lo tanto, menos hábitat para las mariposas (y para otra infinidad de otros organismos) que dependen de ellos. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

1 Bibliografía: Carmickle, R.N. y Horner, J.D. (2019). Jones, F.M. (1921). Lamb, T. y Kalies, E.L. (2020). Lee, Jack y colaboradores (2016). Moon, D.C. (2008). Stephens, J.D. y  Folkerts, D.R. (2012). 

sábado, 20 de junio de 2020

Trampas fluorescentes de plantas carnívoras

Las antocianinas son los pigmentos que colorean frutas y verduras

Las plantas usan pigmentos para una variedad de funciones. Los ejemplos más típicos son la clorofila, el pigmento verde encargado de la fotosíntesis, y las antocianinas, que colorean diferentes partes de las plantas, pero sobre todo flores y frutos. Mientras que podemos ver esos pigmentos, nuestros ojos no pueden ver otros.

Muchas especies de plantas utilizan pigmentos que solo pueden ser apreciados por organismos capaces de ver el espectro ultravioleta (UV). Los ejemplos más famosos de coloraciones que pasan desapercibidos a nuestros ojos son las flores que utilizan pigmentos UV para atraer polinizadores como las abejas y algunas aves capaces de ver la porción UV del espectro de radiación electromagnética. 

Sin embargo, es cada vez más obvio que muchos organismos usan pigmentos UV por otras razones. Por ejemplo, se ha encontrado que los bordes de las trampas de algunas plantas carnívoras presentan un azul fluorescente. Estas plantas no usan estos pigmentos para la polinización, sino para cazar.

Emisiones en azul UV observadas en los peristomas de Nepenthes. Foto. 
Las plantas carnívoras, también llamadas insectívoras, obtienen parte o la mayoría de sus necesidades nutricionales (pero no de energía, puesto que siguen siendo fotosintéticas) mediante la captura y el consumo de animales y protozoos, normalmente insectos (además de otros artrópodos). Estas plantas crecen generalmente en lugares donde el suelo es pobre, en especial en nitrógeno, como las tierras ácidas pantanosas y los roquedos húmedos.

Entre las carnívoras, las plantas con hojas de jarra son inconfundibles y fascinantes; de ellas me he ocupado en otras ocasiones (1, 2, 3, 4). A partir de hojas extremadamente modificadas, estas hermosas carnívoras fabrican trampas complejas en forma de pozo que favorecen la caída de sus presas. Sus trampas son una adaptación evolutiva a las condiciones bajas en nutrientes (sobre todo pobres en nitrógeno) de los suelos en los que crecen. Las trampas atraen a las presas potenciales para que las visiten de diferentes maneras, incluidos colores brillantes, olores dulces e incluso néctar. Los bordes de las trampas (peristomas) son resbaladizos y los insectos visitantes tienen serios problemas para aferrarse a ellos. Los organismos que son atraídos por estas "recompensas" corren el riesgo de resbalar y caer en un cóctel letal de fluidos digestivos.

Jarras de (A) Nepenthes ventricosa; (B) N. gracilis; (C) Sarracenia purpurea con una herida natural; (D) S. oreophila; (E) Jarra sin abrir N. khasiana, con la tapa abierta; (F) N. khasiana con la tapa abierta; (G) parte superior de la jarra de N. khasiana casi marchita; (H) fluidos digestivos de N. ventricosa en una jarra sin abrir (arriba) y en una jarra abierta, presa capturada (abajo). Fotos.
Un artículo de investigación ha puesto de manifiesto que esos no son los únicos rasgos que las plantas jarra usan para atraer presas. A lo largo del borde de muchas trampas jarra, e incluso en los líquidos del fondo de algunas Nepenthes, los investigadores descubrieron células con pigmentos especiales que emiten luz azul fluorescente en las longitudes de onda UV. De hecho, un análisis detallado reveló que el líquido de la jarra no comienza a fluorescer hasta que se abre la tapa que obstruye la embocadura de la jarra. Los investigadores querían probar si esa luz UV funcionaba realmente como atractivo para los insectos. Lo que encontraron fue exactamente eso.

Cuando se enmascararon las emisiones azules, las trampas atraparon muchos menos insectos. Parece que muchas plantas carnívoras de jarra están aprovechando una fuerte conexión evolutiva entre insectos y flores. Es una adaptación interesante para la captura de presas en ambientes pobres en nutrientes. Además, es sorprendente ver qué llamativas resultan las jarras bajo la luz UV. Las plantas de jarra tampoco son las únicas en usar la fluorescencia. Las venus atrapamoscas (Dionaea muscipula) también exhiben emisiones de luz UV alrededor de sus dispositivos de caza.

Por supuesto, dada nuestra incapacidad para ver en el espectro UV sin aplicaciones tecnológicas, todo ese maravilloso mundo fluorescente permanece oculto a nuestros ojos. ¡Es una lástima!

sábado, 31 de agosto de 2019

Unas plantas con "estómago" de rumiante

Utricularia australis. Foto.
Las vejigas (género Utricularia) son uno de los grupos más cosmopolitas de plantas carnívoras. Entre las más de doscientas especies del género las hay terrestres, pero la mayoría de ellas son acuáticas. De las cinco especies que viven en España, U. subulata es la única terrestre, aunque viva en medios temporalmente inundados, y el resto son totalmente acuáticas. Desde hace un par de siglos, se sabía que todas son carnívoras y capturan pequeños organismos por medio de trampas con vejigas de succión.
En general, las especies terrestres poseen trampas diminutas (entre 0,2 y 1,2 mm), y se alimentan de pequeñísimas presas como protozoos y rotíferos que flotan en suelos encharcados. Sin embargo, en las especies acuáticas como U. vulgaris, las trampas miden más de cinco mm de diámetro y se pueden alimentar de presas más grandes, como nemátodos, larvas de mosquito y renacuajos. A pesar de su pequeño tamaño, las trampas son extremadamente eficaces.
A pesar de su cosmopolitismo y de su popularidad entre los aficionados a las plantas carnívoras, los hábitos carnívoros de las vejigas han sido objeto de algún debate. Cuando se han estudiado a fondo se ha visto que las tasas de captura de presas son sorprendentemente bajas para la mayoría de las especies. Dicho de otra forma, se sospechaba que con lo que ingerían no era suficiente para mantenerse vivas.
La cuestión llevó a algunos investigadores a postular que las vejigas pueden beneficiarse de otras formas pasivas de incorporación de nutrientes. Para comprender mejor cómo utilizan sus trampas, un equipo de investigadores decidió observar más de cerca el microbioma que vive en el fluido interno de las trampas de tres especies acuáticas flotantes: U. vulgaris, U. australis y U. reflexa (las dos primeras viven en España).
Antes de entrar en materia es conveniente decir un par de cosas sobre Utricularia. El nombre del género procede del latín utriculus, diminutivo de odre en alusión a los característicos utrículos, las trampas con aspecto de vejiga. 
El mecanismo de captura de estas plantas es puramente mecánico; no requiere ninguna reacción de la planta (irritabilidad) por la presencia de la presa, a diferencia de los mecanismos de disparo de las trampas de otras conocidas carnívoras como Dionaea, Aldrovanda, y muchas Drosera. Desde el fondo de la trampa surgen varias cerdas largas y rígidas que se extienden hacia el exterior; aunque a veces se les denomine pelos sensitivos o antenas, no tienen nada que ver con los de Dionaea y Aldrovanda. De hecho, son simples palancas. 
Utricularia macrorhiza. Foto. 
La captura se logra por el constante bombeo de agua a través de las paredes de la vejiga mediante transporte activo. Cada trampa tiene una trampilla muy pequeña que suele estar bien cerrada. Para tender las trampas, la planta bombea hacia el exterior una parte del agua, para que la presión en el interior sea menor que la exterior. Si un diminuto animal nada demasiado cerca de la trampa, rozará las cerdas que se encuentran pegadas a la trampilla. La trampilla se abre y la trampa engulle agua de repente, arrastrando al animal hacia adentro. Todo el proceso dura sólo de 10 a 15 milésimas de segundo. Una vez que la vejiga está llena de agua la puerta se cierra nuevamente (Mira este vídeo). 
La presa es digerida por secreciones digestivas, proceso que suele durar unas horas, aunque algunos protozoos parecen ser muy resistentes y se ha comprobado que pueden vivir varios días dentro de la trampa. Mientras dura la digestión, las paredes de la trampa siguen bombeando agua, y la vejiga puede estar lista para la siguiente captura en tan solo 15 o 30 minutos.
Cuando se pusieron a escudriñar en el microbioma del interior de los utrículos, los investigadores descubrieron una asombrosa variedad de microorganismos perfectamente acomodados dentro de ellas. Las trampas albergan comunidades microbianas extremadamente diversas, mucho más ricas que la diversidad microbiana de otras trampas de plantas carnívoras. De hecho, la riqueza de estas comunidades microbianas era más parecida a la que vive en las raices de las plantas terrestres o en el intestino de un rumiante. En lo que se refiere a las especies de microrganismos que encontraron, las comunidades microbianas de las vejigas se parecían más a las de las grandes trampas de las especies de Sarracenia y a los intestinos de las iguanas herbívoras.
Las similitudes con intestinos de herbívoros son más que notables. Los tipos de microorganismos que encontraron no eran desconocidos para la ciencia, pero su función resultó sorprendente. Un gran porcentaje de las bacterias que viven dentro del fluido lo componen especies productoras de enzimas que digieren tejidos vegetales complejos. El equipo encontró también grupos de microbios especializados en la fermentación anaerobia, que son en buena medida responsables de la descomposición de la materia vegetal en el rumen del ganado.
Utricularia argentea. Foto.
La conclusión es que los microbios que viven dentro de las trampas cumplen una función muy importante para la planta: descomponen las células de las plantas y las algas que penetran en las trampas cada vez que se abren y se cierran. Al hacerlo, se liberan nutrientes que las vejigas pueden absorber e incorporar a sus rutas metabólicas. Lo repito: las bacterias que viven en las trampas digieren algas y otros materiales vegetales que las especies de Utriculariapueden absorber.
Es bien sabido que este tipo de digestión bacteriana es responsable de emitir mucho metano en el proceso. Curiosamente, los investigadores no pudieron detectar niveles mensurables de metano saliendo de las trampas. De la eliminación del metano se encarga una comunidad de microbios que se alimentan de este gas y que también viven dentro de las trampas y metabolizan todo el metano que se produce antes de que pueda escapar de las trampas.
No quisiera dar la impresión de que estas plantas carnívoras hayan adoptado un estilo de vida vegano. El equipo también encontró dentro de las trampas miles de otros microorganismos, muchos de ellos carnívoros. Entre ellos destacaba una rica comunidad de protistas, en su mayoría eran euglénidos y ciliados. Este tipo de protistas son importantes depredadores microbianos y la cantidad de ellos encontradas dentro de las trampas sugiere que son un componente bastante significativo de estos microbiomas de las trampas.
A medida que persiguen y consumen bacterias y otros protistas, estos depredadores microscópicos liberan nutrientes que las utricularias pueden absorber y utilizar. El número de estos protistas depredadores era mucho mayor en las trampas más viejas, que han tenido mucho más tiempo para acumular un microbioma más complejo. Se estima que las comunidades de protistas pueden reciclar todo el contenido de las trampas más de 4 o 5 veces en un período de 24 horas. 
Los protistas tampoco fueron los únicos depredadores encontrados dentro de las trampas. También hay una cantidad considerable de depredadores bacterianos. Estos no solo reciclan los nutrientes de manera semejante a la comunidad de protistas, porque es probable que también ejerzan fuertes controles sobre la biodiversidad dentro de este ecosistema en miniatura. En otras palabras, se consideran depredadores clave de estos microcosmos. Dentro de las trampas había también grandes cantidades de ADN fúngico. Los investigadores piensan que ningún hongo vive realmente dentro de las trampas. Más bien, piensan que son esporas liberadas en el entorno.
En conjunto, descubrir comunidades microbianas tan complejas dentro de estas plantas carnívoras muestra la enorme complejidad ecológica de tales sistemas. Las utricularias dependen de una mezcla de organismos simbióticos para proporcionarles los nutrientes que necesitan. 
En esencia, casi se puede pensar en las utricularias como plantas provistas de pequeños y complejos estómagos de rumiante, que utilizan su comunidad microbiana para obtener la mayor cantidad de nutrientes posible de su entorno. Las utricularias consiguen nutrientes y los microbios un sitio para vivir. Parece, además, que las utricularias crean un hábitat favorable para estos microrganismos. El análisis del líquido de la trampa demostró que las plantas regulan activamente su pH para mantener a su comunidad digestiva. Al hacerlo, pueden compensar la relativa rareza de la captura de presas que tanto había escamado a los botánicos. Es una muestra más del raro mutualismo digestivo que practican algunas carnívoras.
Téngase en cuenta que esta investigación se realizó solo en tres especies de Utricularia procedentes de hábitats semejantes. Imagine lo que podrá encontrarse en las trampas de las más de doscientas especies conocidas del género. © Manuel Peinado Lorca @mpeinadolorca.

domingo, 7 de julio de 2019

Plantas carnívoras y salamandras

Sarracenia purpurea

En las plantas, la carnivoría es una maravilla evolutiva que ha fascinado a los naturalistas y a la gente en general. Darwin incluso dedicó un estudio exhaustivo a las que consideraba las "plantas más maravillosas del mundo". La carnivoría en plantas ha evolucionado varias veces en todo el mundo, a menudo en ambientes húmedos, abiertos y pobres en nutrientes, como una ruta alternativa de adquisición de nutrientes. Entre las plantas carnívoras, las plantas jarra (familia Sarraceniaceae), y específicamente la planta jarra del norte (Sarracenia purpurea), han intrigado a los primeros naturalistas.
La idea de que una planta carnívora pueda atrapar y zamparse un vertebrado puede parecer más ficción que realidad. Aunque durante años han circulado rumores de que a algunas plantas jarra les gustan bocados algo más grandes que un insecto, el asunto, falto de evidencias tangibles, ha sido difícil de demostrar. Eso no quiere decir que no suceda de vez en cuando. De hecho, se han encontrado pequeños mamíferos en las jarras de algunas de las plantas tropicales más grandes del género Nepenthes. Aunque ha sido así, parece que ha sido cosa de la casualidad más que de la intencionalidad. Sin embargo, unas investigaciones recientes en algunas plantas carnívoras canadienses del género Sarracenia sugieren que los vertebrados pueden, al menos bajo ciertas circunstancias, constituir una parte más grande del menú de algunas plantas carnívoras.
Sarracenia es un género de angiospermas que comprende unas diez especies de plantas carnívoras nativas de Norteamérica. El género pertenece a la familia Sarraceniaceae, que también contiene los géneros Darlingtonia y Heliamphora. Las tres tienen en común que sus hojas forman una especie de jarra en cuyo fondo hay enzimas digestivos que digieren los insectos que caen en su interior. Los insectos son atraídos por la secreción de néctar y por una combinación atractiva de olores y colores. Estas plantas viven en medios pobres en nitrógeno, así que obtienen este nutriente esencial como lo hacemos nosotros, a partir de proteínas de origen animal.
Las observaciones sobre la alimentación que vamos a comentar se realizaron en unas poblaciones de una de las plantas jarra más abundantes de Norteamérica, la jarra púrpura (Sarracenia purpurea), que viven en turberas del Parque Provincial Algonquin, en Ontario. A finales del verano de 2017, los investigadores descubrieron que algunas plantas contenían salamandras recién metamorfoseadas. Algunas de las salamandras estaban vivas, pero otras estaban muertas y a medio digerir. Esto era muy emocionante porque, a pesar de que se han estudiado mucho, casi no existe evidencia comprobada de la captura de presas de vertebrados en la jarra púrpura.
Los investigadores realizaron análisis para determinar si las plantas estaban capturando salamandras de forma regular o de si el hallazgo de salamandras eran acontecimientos excepcionales. Resulta que, al menos para las plantas jarra que crecen en ese pantano, las salamandras pueden constituir una proporción considerable de sus presas. Los investigadores descubrieron que las salamandras recién metamorfoseadas estaban presentes en casi el 20% de las plantas jarra que inspeccionaron.
No todas las salamandras que encontraron estaban muertas. Algunas estaban en un estado relativamente animado, porque retrocedían hacia la parte inferior de la jarra cada vez que eran molestadas. Algunos de los especímenes muertos más grandes mostraban signos de putrefacción, lo que probablemente se deba a que simplemente eran demasiado grandes para ser digeridos. Sin embargo, muchas de las salamandras muertas mostraban signos de digestión, lo que sugiere que las plantas se están beneficiando de la captura de los animales. De hecho, se ha estimado que una sola salamandra podría aportar tanto nitrógeno a la planta como el contenido completo de tres jarras alimentadas con insectos.
Ejemplares de salamandras jóvenes en el interior de jarras de Sarracenia purpurea. Foto.
En conjunto, los investigadores encontraron pruebas suficientes para sugerir que las salamandras no solo constituyen una parte de la dieta de las plantas jarra, sino también que las plantas jarra son una causa importante de mortalidad para las salamandras jóvenes de esas turberas. Cómo atrapan las salamandras es un tema de debate. Podría ser que las salamandras estén buscando un lugar seguro y húmedo para esconderse, pero la complejidad del hábitat de las turberas significa que no faltan lugares seguros para que una salamandra joven se esconda sin que ello signifique su muerte.
También podría ser que las salamandras se sientan atraídas por los invertebrados que capturan estas plantas o que las salamandras sean víctimas accidentales que hayan caído por azar en la trampa mientras exploran su hábitat. Sin embargo, algunas jarars no solo contenían más de una salamandra, sino que la posición y el tamaño de las plantas significan que la mayoría de las salamandras tendrían que haber trepado intencionadamente hasta terminar dentro de la jarra. Puede que, después de todo, eso sea un indicador de que la caída no es una posibilidad aleatoria. Pero demostrar eso exigirá más pruebas para asegurarlo.
Lo que podemos decir por ahora es que dentro de los confines de las turberas de Algonquin, las salamandras están siendo atrapadas y digeridas por las plantas jarra. Si lo que está ocurriendo en Algonquin es exclusivo de esas turberas en particular o si está sucediendo en otras zonas en las que vive Sarracenia purpurea, es tema para futuras investigaciones. ¡Es posible que la captura de vertebrados sea más común entre las plantas carnívoras de lo que creemos! © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

Lecturas complementarias: [1], [2], [3].

viernes, 17 de febrero de 2017

Biodiversidad: carne con setas

¿Plantas carnívoras o plantas fungívoras?
En un reciente artículo publicado en Nature, se ha demostrado que el origen del hábito carnívoro en las angiospermas está filogenéticamente basado en la defensa frente a hongos patógenos.
Nepenthes villosa. Foto.
Las plantas carnívoras, también llamadas insectívoras, obtienen parte o la mayoría de sus necesidades nutricionales (pero no de energía, puesto que siguen siendo fotosintéticas) mediante la captura y el consumo de animales y protozoos, normalmente insectos (además de otros artrópodos). Estas plantas crecen generalmente en lugares donde el suelo es pobre, en especial en nitrógeno, como las tierras ácidas pantanosas y los roquedos húmedos. Charles Darwin empleó mucho tiempo investigando sobre estas plantas fascinantes, cuya biología dejó plasmada en un tratado, Insectivorous plants, que no ha perdido vigencia casi dos siglos después de su publicación en 1875 [1].
Aunque estas plantas tienen un hábito común, presentan unas notables diferencias morfológicas y fitoquímicas que han llevado a que siempre se haya pensado que el hábito carnívoro ha evolucionado en, al menos, once linajes separados que se encuentran representados por más de una docena de géneros y algo más de seiscientas especies pertenecientes a cinco familias. Además, más de trescientas especies de plantas “protocarnívoras” de varios géneros muestran algunas, aunque no todas, de esas características.
En un trabajo ya clásico publicado en 1992 en Science, basado en el analísis del gen RBCL que codifica la enzima Ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco en la jerga de los fitogenetistas), Albert y colaboradores expusieron las diferencias estructurales y filogenéticas que separan a los distintos linajes de plantas carnívoras. En un artículo más reciente (2009) Ellison y Gotelli se ocuparon de demostrar que la carnivoría ha evolucionado independientemente al menos seis veces en cinco órdenes de angiospermas.
Sarracenia purpurea. Foto.
Centrémonos en tres géneros representantes de tres familias y tres órdenes diferentes, lo que significa que son tres ramas separadas en el árbol filogenético de las plantas con flores, y que, además, viven en continentes distintos. A pesar de las similitudes entre esos géneros como Nepenthes (Nepenthaceae, Caryophyllales, zonas tropicales del Viejo Mundo), Sarracenia (Sarraceniaceae, Ericales, zonas templadas de Norteamérica), y Cepholotus (Cepholotaceae, Oxalidales, endémico de Australia) no están estrechamente relacionados. Los botánicos siempre se han preguntado cómo las hojas altamente modificadas de estas plantas evolucionaron hacia los sofisticados órganos de captura y digestión de insectos. Gracias a un artículo publicado el pasado 6 de febrero en Nature se ha puesto de manifiesto que los mecanismos responsables del carnivorismo en plantas son un caso de evolución convergente.
La investigación comenzó con la planta australiana Cepholotus follicularis, del que pueden ver dos magníficas fotografías de Natahalie McNair en este enlace. Esta especie, única de su género y de su familia, es la que presenta mayores diferencias con las otras dos familias de las llamadas “plantas jarras”, Nepenthaceae y Sarraceniaceae, y, por tanto, es la que mejor se prestaba a servir como elemento clave para abrir la ventana de los reguladores genéticos que han condicionado la evolución de esas tres familias. Cepholotus produce dos tipos diferentes de hojas: hojas normales, fotosintéticas, y unas mortíferas y dentadas hojas-cántaro que la han hecho famosa en todo el mundo.
Cepholotus follicularis. Foto.
Los investigadores secuenciaron el genoma de C. follicularis y lograron identificar los genes implicados en el cambio de desarrollo entre hojas carnívoras y no carnívoras. La comparación de los dos tipos de hojas y el análisis del repertorio de genes identificó cambios genéticos asociados con la atracción de presas, la captura, la digestión y la absorción de nutrientes. Al observar qué genes se activan durante el desarrollo de estos diferentes tipos de hojas, fueron capaces de identificar qué alelos están implicados en la producción del néctar que atrae a las presas y en la producción de la cérea capa resbaladiza que evita que los insectos atrapados escapen. Pero también encontraron algo aún más interesante.
A continuación, examinaron los fluidos digestivos producidos por Cepholotus y por muchas otras especies de plantas carnívoras no relacionadas de todo el mundo. Al hacerlo, hicieron un sorprendente descubrimiento: los genes involucrados en la síntesis de los mortales cócteles digestivos de estos linajes tan dispares tienen un origen evolutivo similar.
A pesar de que no están relacionados, la capacidad de digerir los insectos parece tener su origen en la defensa de las plantas contra los hongos. Probablemente habrá escuchado alguna vez decir que los hongos son más similares a los animales que a las plantas, entre otras cosas porque el polímero que compone las paredes celulares de los hongos es el mismo que compone el exoesqueleto de los insectos, la quitina. Al comparar los genes carnívoros de Cepholotus con los de una planta testigo del género Arabidopsis, el equipo encontró que en este último, que no es ni de lejos carnívoro, se activaron genes similares cuando fueron expuestos a patógenos fúngicos.
Los investigadores piensan que todas las plantas carnívoras han convergido en un sistema en el que los genes utilizados para defenderse contra la infección por hongos se han coadaptado para digerir artrópodos. En conjunto, los resultados que acaban de publicarse muestran que el camino hacia el carnivorismo en plantas es sorprendentemente angosto. La evolución no siempre requiere la aparición de nuevos alelos, sino más bien una readaptación de genes preexistentes.

El biólogo de la Universidad de Buffalo y coautor del estudio, Victor A. Albert, participó en 2014 en la secuenciación del genoma del café. Entonces comprobaron esta evolución en paralelo con la cafeína. Presente en el cacao, el té y el café, tres plantas tan separadas entre sí como las carnívoras del actual estudio, la adictiva sustancia se debe al concurso de casi las mismas proteínas en los tres casos. Como dice ahora Albert, "plantas que tienen un conjunto de herramientas genéticas y están tratando de tener la respuesta al problema de cómo convertirse en carnívoras, al final acaban encontrando la misma solución". © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.




[1] Hay una excelente traducción al español de Joandomènec Ros publicada por Laetoli (2008).