Usualmente se ha creído que las plantas eran seres inferiores a los animales, aburridas, sin sentidos ni corriendo o volando en busca de comida. Sin embargo, su estudio a nivel molecular nos muestra que se usan muchos mecanismos similares a las que se emplean en organismos animales, incluso en nosotros mismos. Sí, las plantas también hacen cosas, y pueden ser realmente interesantes...
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¿Qué se debes saber antes de leer esta entrada?
- Qué es una cascada de señalización
- Qué es una proteína quinasa
- Qué es un cambio conformacional y qué puede suponer
- Qué es un receptor
- Qué es una proteína fosforilada
- Cómo se mueven las bacterias hacia aquello que les conviene
(Leer: "El alma de las bacterias")
- Cómo actúa la evolución a través de la selección natural
- Que todos los seres vivos procedemos de un único ancestro común
- Que a veces se producen mutaciones en el genoma que pueden ser perjudiciales o beneficiosas
(Leer: "¡Yo no vengo del mono!... ¿o sí?")
- Qué es un compuesto inorgánico y qué es un compuesto orgánico
- Cómo surgió la vida
- Cómo aquello que es una mejora en la eficacia replicativa tiende a imponerse y a conservarse
(Leer: "Hasta en la sopa... surgió la vida")
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Es interesante saber cómo surgió la vida (en un medio ambiente adecuado), cómo aquellos sistemas iniciales que favorecían una mejor adaptación al medio se impusieron sobre aquellos que eran menos eficientes y que tenderían a desaparecer en una competición por los recursos (selección natural) y cómo las bacterias son capaces de guiarse mediante un sistema de receptores y cascadas de señalización que ante un estímulo determinado producen una respuesta dada.
Las bacterias se mueven hacia aquello que las beneficia por evolución. Pongamos dos ejemplos: surge una mutación que hace que las bacterias fabriquen receptores que hacen que la bacteria se dirija hacia algo nocivo y otra mutación en otra bacteria que hace que se aleje de aquello que le impide su replicación. ¿Cuál se mantendrá en el tiempo? Aquella que se acerque a algo que le impida replicarse no podrá hacerlo y morirá pero aquella que pueda alejarse a lugares donde pueda replicarse dará lugar a células hijas y así se mantendrá en el tiempo.
Así, tras miles de millones de años la evolución ha sido capaz de crear máquinas tan complejas como todos los organismos vivos que podemos observar en nuestra Tierra. El ejemplo de las bacterias nos puede parecer muy simple, pero es muy gráfico para ver como se comporta al igual que una máquina: ante un estímulo determinado una respuesta determinada. Sin embargo, existen organismos más complejos como las plantas o los animales y su estudio es más laborioso. Así, esta entrada esta dedicada a dar una pequeña visión del comportamiento de las plantas.
Linneo (padre de la taxonomía moderna, S.XVIII) se dio cuenta de que las plantas abrían y cerraban sus flores a determinadas horas del día y, además, distintas especies usaban distintos horarios para ello. ¿Cuál es la razón? En biología nada tiene sentido si no es la luz de la evolución por lo que podemos deducir que a esas horas es cuando los insectos polinizadores están más activos (este sería uno de los factores entre otros muchos que pueden influir). Así, las plantas responden a los factores externo e internos ajustando sus patrones de crecimiento y desarrollo.Veamos un sencillo experimento.
Es sabido que las plantas se inclinan hacia el lugar donde les da la luz. Se llevó a cabo un experimento para determinar que parte de la planta es la encargada de este hecho. Asi, si a una planta se le extirpaba o tapaba con una caparuza opaca la punta, la planta no se inclinaba. Sin embargo, si la punta se tapaba con una caperuza transparente o se tapaba cualquier otra parte de la planta con una barrera opaca, la planta se inclinaba. También se vio que, si se separaba la punta del resto de la planta con una barrera impermeable la planta no se inclinaba pero si se separaba con una permeable la planta seguía respondiendo con una inclinación. La conclusión es clara: la responsable de la inclinación es la punta de la planta que produce una serie de agentes químicos que llegan a la base por donde se inclina.
Figura 1. Experimentos de Charles y Francis Darwin (1880)
Fototropismo: movimiento ante un estímulo luminoso
---Control: cuando la planta se ilumina se inclina por la base hacia la luz. Las células en el lado no iluminado crecen más que las del lado iluminado.
----Casos experimentales: A) Si se tapa la punta con una cubierta opaca la planta no se inclina. B) Si se corta la punta, no la planta no se inclina. C) Si se pone una cubierta transparente en la punta, la planta se inclina. D) Si se coloca una cubierta opaca en la zona donde la planta se suele inclinar, la planta sigue haciendolo.
----Conclusión: La planta se inclina cuando se ilumina su punta
Figura 2. Experimento de Peter Boysen-Jensen (1913)
----Conclusión: Al iluminar la planta, la punta produce alguna molécula que es transportada hasta la base donde va a afectar al crecimiento celular, produciendo la inclinación.
Como comentabamos en la introducción, los procesos que ocurren en las plantas, al contrario de lo que se tiende a pensar, son tan complejos como los que ocurren en los animales. De hecho, gran parte de los procesos moleculares que ocurren en sus células son muy parecidos a los que ocurren en otras células animales. En el ejemplo que hemos expuesto, se produce porque las células de la punta de la planta poseen una proteína capaz de estimularse en presencia de la luz activando una cascada de señalización que producirá la síntesis de hormonas vegetales que estimularán el crecimiento de las células a nivel de la base.
Figura 3. Señalización celular en plantas.
---Proceso:
1) Se activa una molécula que se excita con la luz (el fitocromo, en azul oscuro)
2) El fitocromo va a activar a un segundo mensajero (un molécula intermediaria en una cascada de señalización) y va a hacer que se abra un canal de calcio
3) Al abrirse el canal de calcio entra calcio del exterior al interior
4) El segundo mensajero va a activar a una proteína quinasa
5) El aumento de calcio en el interior de la célula va a activar a una proteína quinasa
6) Las proteínas quinasas van a fosforilar a factores de transcripción, que son moléculas que "leen" los genes (el ADN)
7) Cuando los factores de transcripción "leen" los genes de ADN van a producir diferentes moléculas de ARN, que son moléculas que llevan el mensaje de los genes
8) El ARN se une a unas moléculas llamadas ribosomas, que son moléculas que van a "leer" el ARN
9) Al "leer" los ribosomas el ARN van a producir las diferentes proteínas que se indiquen
En resumen:
-Los factores de transcripción "leen" los genes de ADN y producen el ARN que diga el gen
-Los ribosomas "leen" el ARN y producen las proteínas que se indiquen
-Serán las proteínas las que lleven a cabo las diferentes funciones de las células y de los organismos: serán hormonas, pigmentos del color del pelo o de los ojos, servirán para construir la estructura de otras células y hacer que crezca el organismo, serán receptores de moléculas externas como receptores olfativos o gustativos, y muchas otras funciones tanto en plantas, como en animales o en bacterias.
Hasta ahora hemos visto como ante un estimulo determinado los organimos vivos responden de una determinada manera. Conforme el número de estímulos es mayor las respuestas son más complejas. Esto es así por evolución: los organismo han ido perfeccionando sus respuestas según fueran adecuadas o no para la adaptación al medio ambiente y aquellas regulaciones iniciales se fueron haciendo con el tiempo más finas y perfectas.
Pero la planta no "elige" crecer cuando detecta luz en su entorno sino que está obligada a crecer cuando se produce el estímulo adecuado. Los organismos vivos son como "máquinas creadas de la naturaleza", que ante un factor externo (luz, sustancia química, contacto físico,...) produce una serie de reacciones internas que desembocan en una respuesta del organismo en su conjunto.
Son máquinas de la naturaleza porque, de hecho, nosotros somos capaces de controlar sus procesos. Y lo vamos a hacer a continuación con un experimento sencillo sobre la floración.
Los científicos se dieron cuenta de que las plantas florecen según el número de horas que se encuentran en oscuridad de forma continuada. Así, las plantas de "día corto" florecen cuando el número de horas de oscuridad supera un "tiempo crítico", mientras que las plantas de "día largo" florecen cuando el número de horas de oscuridad no excede un "tiempo crítico".
Figura 4. El fotoperiodismo controla la floración
En conclusión: las plantas tienen unas respuestas determinadas ante unas condiciones del medio ambiente. El ser humano puede controlar estas condiciones y conseguir que la planta realice una u otra respuesta y, por el mismo motivo, podemos predecir que ocurrirá ante determinados estímulos. A esto nos referimos cuando hablamos de las plantas como "máquinas de la naturaleza".
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