Plantas hiperacumuladoras de metales pesados

Durante millones de años la evolución ha llevado a las plantas a desarrollar diferentes estrategias para defenderse de los enemigos naturales, dando pie a una lucha de armamento evolutiva en la cual la supervivencia de unos y otros depende de la habilidad de hacer frente a las adaptaciones de los otros. Y es en este escenario donde la acumulación de metales pesados en altos niveles en planta juega un papel muy importante.

 INTRODUCCIÓN

Según Boyd (2012), la defensa de las plantas puede considerarse bajo distintos puntos de vista:

• mecánica: espinas, coberturas, etc.
• química: diferentes compuestos inorgánicos y orgánicos.
• visual: cripsis y mimetismo.
• comportamiento: relacionado con modificaciones en la fenología.
• y asociativa: simbiosis con otros organismos, como es el caso del género Cecropia que establece simbiosis con las hormigas del género Azteca, las cuales protegen a estas plantas – para saber más: Plantas y animales también pueden vivir en matrimonio– .

Defensa mecánica con espinas (Autor: Karyn Christner, Flickr, CC).

 

Se ha visto que la defensa química es ubicua, y por lo tanto, muchas interacciones entre organismos se explican bajo este punto de vista. Además, algunas plantas contienen grandes cantidades de ciertos elementos químicos, frecuentemente metales o componentes metálicos, que juegan un papel de defensa relevante, son las llamadas plantas hiperacumuladoras.

Plantas hiperacumuladoras  y sus características principales

Estas plantas pertenecen a diferentes familias, por lo tanto la hiperacumulación es una adquisición independiente que ha surgido varias veces durante la evolución, pero que en todos los casos genera la habilidad de crecer en suelos metalíferos y acumular extraordinarias cantidades  de metales pesados en órganos aéreos, a diferencia de los niveles encontrados en la mayoría de especies. Se sabe que las concentraciones de estos elementos químicos pueden ser entre 100 – 1000 veces mayores que las presentes en especies no hiperacumuladoras.

Generalmente, la química describe los metales pesados como aquellos metales de transición con una masa atómica superior a 20 y una densidad relativa cercana a 5. Pero, des del punto de vista biológico, los metales pesados son aquellos metales o metaloides que pueden ser tóxicos en bajas concentraciones. Aun así, las plantas hiperacumuladoras consiguen ser tolerantes, es decir, hiperacumulan estos metales pesados sin sufrir efectos fitotóxicos (toxicidad expresada en la planta).

En este sentido, hay tres características principales que describen las plantas hiperacumuladoras:

• Fuerte aumento de la tasa de absorción de metales pesados.
• Raíces que realizan la translocación más rápidamente.
• Gran habilidad por detoxificar y acumular metales pesados en hojas.

Por lo tanto, las plantas hiperacumuladoras están bien preparadas para la asimilación, translocación a hojas y acumulación de grandes cantidades de metales pesados en vacuolas o en paredes celulares. En parte, esto es debido a una sobreexpresión constitutiva de genes que codifican para transportadores de membrana

Los valores límite que permiten diferenciar una planta hiperacumuladora de una que no lo es, están relacionados con la fitotoxicidad específica de cada metal pesado. Según este criterio, las plantas hiperacumuladoras son plantas que cuando crecen en suelos naturales acumulan en las partes aéreas (en gramos de peso seco):

• > 10 mg·g^-1 (1%) de Mn o Zn,
• > 1 mg·g^-1 (0,1%) de As, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sb, Se o Ti
• Ó > 0,1 mg·g^-1 (0,01%) de Cd.

Minuartia verna, hiperacumuladora de cobre (Autor: Candiru, Flickr, CC).

LA APARICIÓN DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS Y SUS IMPLICACIONES

Hasta el momento se ha planteado diferentes hipótesis para explicar porque ciertas plantas han llegado a ser hiperacumuladoras de metales pesados:

• Tolerancia y disposición de metales.
• Resistencia a la sequía.
• Interferencia con otras plantas vecinas
• Defensa contra los enemigos naturales.

La hipótesis que recibe más soporte  es la denominada “Elemental defence” (defensa por elementos), que indica que ciertos metales pesados podrían tener un rol defensivo en la planta contra los enemigos a naturales, tales como los herbívoros y los patógenos. Estos organismos al consumir la planta presentarían efectos tóxicos, lo cual los llevaría a la muerte o bien a reducir el consumo de esta planta en un futuro. Aun así, aunque los metales pesados pueden actuar a través de su toxicidad, esto no garantiza que la planta no sea dañada o atacada antes que el enemigo natural sea afectado por estos. Por ellos sigue siendo necesario una defensa más efectiva que permita evitar el ataque.

Por otro lado, de acuerdo con una hipótesis más moderna, “Joint effects” (efectos conjuntos), los metales pesados podrían actuar juntamente con otros compuestos orgánicos de defensa dando lugar a una mayor defensa global. Las ventajas de los elementos inorgánicos, donde se incluyen los metales pesados, es que no son sintetizados por la planta, se absorben del suelo directamente y por lo tanto no hay tanto consumo energético invertido en la defensa, y además no pueden ser biodegradados. Aun así, algunos enemigos naturales pueden llegar a quelar los metales pesados gracias a quelatos (sustancias que se unen a estos metales pesados para reducir su toxicidad) o acumularlos en órganos donde se reduciría su actividad. Esta nueva hipótesis justificaría la presencia simultánea de distintos metales pesados y compuestos orgánicos de defensa en la misma planta, con la finalidad de conseguir una defensa mayor que afecte a más enemigos naturales, los cuales se esperaría no fuesen capaces de tolerar los distintos elementos tóxicos.

Thlaspi caerulescens, hiperacumuladora de zinc (Autor: Randi Hausken, Flickr, CC).

Por otro lado, se ha visto que ciertos herbívoros tienen habilidades para evitar el consumo de plantas con altos niveles de metales pesados, realizando lo que se denomina “taste for metals” (“degustación de metales”). Aunque se sabe que esto sucede, no es del todo conocido el mecanismo exacto de todo este proceso de alerta y evitación.

Solanum nigrum, hiperacumuladora de cadmio (Autor: John Tann, Flickr, CC).

Además, aunque las concentraciones de metales pesados que asumen estas plantas son elevadas, algunos  herbívoros logran sobrepasar esta defensa siendo tolerantes, es decir, su dieta les permite ingerir elevadas dosis de metales y por tanto alimentarse de la planta. Esto lleva a pensar que ciertos herbívoros podrían convertirse en especialistas en el consumo de estas plantas, y que, por tanto, este tipo de defensa quedaría reducido a organismos con dietas variadas, los denominados generalistas. Esto ha resultado no ser del todo cierto, ya que algunas veces los herbívoros generalistas presentan una preferencia y tolerancia superior por las plantas hiperacumuladoras que los organismos especialistas.

Por todos estos motivos se puede decir que la evolución continua jugando un papel importante en esta lucha de armamento.

 REFERENCIAS

• Boyd, R., Davis, M.A., Wall, M.A. & Balkwill K. (2002). Nickel defends the South African hyperaccumulator Senecio coronatus (Asteraceae) against Helix aspersa (Mollusca: Pulmonidae). Chemoecology 12, p. 91–97.
• Boyd, R. (2007). The defense hypothesis of elemental hyperaccumulation: status, challenges and new directions. Plant soil 293, p. 153-176.
• Boyd, R. (2012). Elemental Defenses of Plants by Metals. Nature Education Knowledge 3 (10), p. 57.
• Laskowski, R. & Hopkin, S.P. (1996). Effect of Zn, Cu, Pb and Cd on Fitness in Snails (Helix aspersa). Ecotoxicology and environmentak safety 34, p. 59-69.
• Marschner, P. (2012). Mineral Nutrition of Higher Plants (3). Chennai: Academic Press.
• Noret, N., Meerts, P., Tolrà, R., Poschenrieder, C., Barceló, J. & Escarre, J. (2005). Palatability of Thlaspi caerulescens for snails: influence of zinc and glucosinolates. New Phytologist 165, p. 763-772.
• Prasad, A.K.V.S.K. & Saradhi P.P. (1994).Effect of zinc on free radicals and proline in Brassica and Cajanus. Phytochemistry 39, p. 45-47.
• Rascio, N. & Navari-Izzo, F. (2011). Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting?. Plant Science 180 (2),p. 169-181.
• Shiojiri, K., Takabayashi, J., Yano, S. & Takafuji, A. (2000) Herbivore-species-specific interactions between crucifer plants and parasitic wasps (Hymenoptera: Braconidae) that are mediated by infochemicals present in areas damaged by herbivores. Applied Entomology and Zoology 35, p. 519–524.
• Solanki, R. & Dhankhar, R. (2011). Biochemical changes and adaptive strategies of plants under heavy metal stress. Biologia 66 (2), p. 195-204.
• Verbruggen, N., Hermans, C. & Schat, H. (2009). Molecular mechanisms of metal hyperaccumulation in plants. New Phytologist 181 (4), p. 759–776.
• Wenzel, W.W. & Jockwer F. (1999). Accumulation of heavy metals in plants grown on mineralised soils of the Austrian Alps. Environmental pollution 104, p. 145-155.

18 aplicacions mòbils imprescindibles per les teves sortides de camp

ATENCIÓ! AQUEST ARTICLE HA QUEDAT OBSOLET.

LLLEGEIX LA VERSIÓ ACTUALITZADA I AMPLIADA AQUÍ

Enrere han quedat els temps en què havíem de carregar amb guies i guies d’identificació d’espècies per gaudir del mar o muntanya. Tot i la nostàlgia d’aquestes guies impreses, avui, gràcies a les aplicacions mòbils qualsevol aficionat a la natura pot portar a la butxaca tota aquesta informació i més que no ens poden brindar els mètodes clàssics.

Com a persona amant de la biologia o natura en general, no et perdis aquestes 18 aplicacions per identificar i aprendre de tot el que t’envolta. en necessites més? No et perdis la segona part. 

BIODIVERSITAT I CARTOGRAFIA

MAP OF LIFE

Comencem amb un plat fort: aquesta meravellosa aplicació et permet conèixer quina flora i fauna tens al voltant arreu del món. Marcant en un mapa la nostra ubicació, ens indicarà quines espècies es poden trobar a la zona on som classificades per grups (aus, amfibis, insectes, arbres, plantes, peixos …) en una base de dades de més de 900.000 espècies.

Entrant a la fitxa de l’espècie que ens interessi, a més de la descripció, fotografies… podem marcar si hem fet algun albirament, contribuint així a aportar dades sobre la freqüència d’aparició de l’espècie i tenint un registre de les nostres observacions.

També podem trobar directament la fitxa d’una espècie amb el cercador.

BIOGUIDE – GUIA DE CAMP MUNDIAL

Bioguide ens permet tenir al nostre Android mamífers, aus, rèptils, amfibis, peixos, papallones, arnes, plantes i bolets. En iniciar l’aplicació et dóna a triar quines dades descarregar d’un total de 100.000 fotos i 1.000 sons, per usar-los després offline a la natura. A més de castellà, està disponible en multitud d’idiomes.

Permet fer cerques per color, regió, nom, estat de conservació, dieta, tipus de floració… Dins de la fitxa de cada espècie, ens trobarem amb tot tipus de característiques, com l’hàbitat, estat de conservació, dieta, locomoció, sistemàtica, morfologia i fisiologia, rastres, espècies semblants… Una app molt completa a tenir en compte.

BV MÒBIL

Aquesta aplicació ens permet pujar fotografies de les nostres observacions, ja siguin animals, plantes, líquens o roques a una base de dades de fotografies georeferenciades. Al poc temps l’espècie serà identificada i podràs guardar la teva foto amb el nom correcte. D’aquesta manera a més, podrem col·laborar en el coneixement de la biodiversitat i en la conservació del medi ambient.

iNATURALIST

iNaturalist és una altra aplicació que ens permetrà pujar les nostres observacions a la base de dades Global Biodiversity information Facility , per contribuir a un millor coneixement de la biodiversitat aportant dades als científics.

Es tracta d’un projecte de ciència ciutadana en el qual pots començar el teu propi projecte o unir-te a un d’iniciat, contactar amb els experts que identifiquen els organismes que observes i ampliar el teu coneixement intercanviant experiències amb altres naturalistes.

PEAKFINDER EARTH

Com es diu la muntanya que tens davant? Amb només enfocar el teu mòbil cap a ella, podràs saber el nom de qualsevol cim d’arreu del món, ja que la seva base de dades compta amb 250.000 referències. L’aplicació té un cost de 3,39 € i funciona offline.

PUNTOS GEODÉSICOS

Si busques una alternativa gratuïta, Punts geodèsics ens informarà sobre el nom, altitud del cim que estem mirant i a quina distància està. Ha de instal·lar-se conjuntament amb l’app de realitat augmentada Layar i només ens informa sobre cims espanyols.

Font

BOTÀNICA I MICOLOGIA

ARBOLAPP

Es tracta d’una guia d’arbres silvestres de la Península Ibèrica i Balears. Amb ella podràs identificar qualsevol arbre que et trobis.

A la cerca guiada, pots anar descrivint en forma de clau dicotòmica com és l’arbre fins que arribis a la seva espècie, on obtindràs una descripció del mateix, fotografies i distribució. També hi ha la cerca oberta, on a partir de la localització, fulles, fruits, flors i altres característiques l’app et portarà a l’arbre desitjat. També disposa d’un glossari amb més de 80 paraules i el més important, no requereix connexió a Internet per al seu ús.

Si el que necessites és una guia de camp d’arbres d’Europa i Amèrica del Nord prova amb IKnow Trees 2 LITE, amb una base de dades de més de 200 espècies (només per Android).

Pl@ntNet

El “Shazam” de les plantes. Pujant fins a 4 fotos de la planta que vols identificar i indicant si és una flor, fruit, tija… aquesta aplicació buscarà entre les més de 4.000 espècies que té registrades i t’indicarà de quina planta es tracta. Si no es troba a la base de dades, pots registrar-la perquè la resta de la comunitat la identifiqui i entri a formar part de la base de dades.

FUNGIPEDIA

Aplicació per a la identificació de bolets amb 250 espècies en la seva versió gratuïta. A més d’informació sobre el bolet i la seva possible toxicitat, en les espècies susceptibles de ser confoses s’inclou la descripció dels errors més comuns, per evitar així la recol·lecció d’espècies innecessàries permetent que segueixin complint la seva funció a la natura. L’aplicació permet treballar sense connexió si prèviament ens hem descarregat les llibreries amb les fitxes i fotografies.

Font

Amb la versió Pro (6,99 €), podrem guardar la localització GPS dels bolets que haguem trobat. si alguna espècie no està referenciada, la podrem afegir a la base de dades.

ZOOLOGIA

AVES DE ESPAÑA

Si ets aficionat a l’ornitologia no pot faltar al teu smartphone aquesta aplicació desenvolupada per SEO Birdlife. Es divideix en dos apartats:

• La guia d’aus pròpiament dita, amb fitxes de les 563 espècies d’aus que estan presents o han estat citades a Espanya. A cada fitxa trobaràs la distribució, dibuixos, fotos, vídeos, els cants i una breu descripció, així com els mesos d’albirament.
  

  

Itineraris ornitològics: ens informa de les zones d’Espanya on realitzar les nostres observacions, amb informació sobre la importància ecològica de la zona i quines aus podem trobar.

AVES ACUÁTICAS

SEO Birdlife disposa a més de l’app específica Aves acuáticas per informatitzar censos d’aus aquàtiques, identificar les zones humides més properes a la nostra ubicació i consultar les fotografies i censos actuals de cada zona humida.

WARBL , TWIGLE I MERLIN BIRD ID

Aquestes tres apps ofereixen funcions similars. A Warbl ens trobem amb el “Shazam” de les aus. Amb només fer que el mòbil escolti el cant d’un ocell, el reconeixerà i ens donarà informació de l’espècie sense estar connectats a la xarxa. Tot i que reconeix 220 aus de UK, el podrem fer servir també a Espanya. Té un cost de 5,29 €.

Twigle Birds Field Guide (només per iPhone) és una altra app que no només ens permet identificar els ocells pel seu cant, com Warbl, sinó que permet pujar fotos de qualsevol au que haguem albirat i reconeixerà l’espècie a partir de la nostra imatge. Identifica espècies d’Amèrica del Nord, Irlanda, UK i Sud-àfrica.

Si no disposem d’iPhone, Merlin Bird ID a la seva versió web també permet reconèixer a partir d’una foto centenars d’espècies d’ocells d’Amèrica del Nord. També disposa d’aplicació a Android i iOS per a la identificació de les aus a partir d’unes senzilles preguntes.

INSECT ORDERS

Si ets un apassionat dels insectes, amb aquesta aplicació podràs identificar ordres d’insectes, això sí, australians. Tot i així, es tracta d’una bona manera d’aprendre a distingir les característiques que defineixen cada ordre, presents també a Espanya (exceptuant-ne tres) .

iFelix – WOLF

Els quaderns de camp de l’emblemàtic Félix Rodríguez de la Fuente revisitats. Si ets un apassionat dels llops, amb aquesta app (2,20 €) gaudiràs d’il·lustracions, animacions 3D, fotografies, mapes dinàmics, sons, utilitats (càmera amb geolocalització d’albiraments i altres) i una àrea de pràctiques de dibuixos de camp .

De moment només està disponible el quadern del llop, però s’estan preparant els quaderns de l’àguila imperial i el linx ibèric.

ANIMALS TIME: ENCYCLOPEDIA

Tot i que la descripció d’aquesta aplicació (disponible només en anglès i per Android) indiqui que està dirigida a nens, la veritat és que ens trobem davant moltíssima informació sobre centenars d’espècies animals. Curiositats, distribució, hàbitat, comportament, alimentació …

També disposa d’apartats específics per a espècies en perill i fins i tot extintes. Una aplicació a tenir en compte si domineu l’anglès.

Fins aquí la selecció de All You Need is Biology d’apps mòbils per a utilitzar al camp. En futurs articles completarem la llista amb més aplicacions de mapes, brúixoles i altres utilitats imprescindibles per a qualsevol naturalista. També descobrirem altres tipus aplicacions relacionades amb la biologia.

I tu, quines altres aplicacions coneixes per completar aquesta llista? Les afegeixes més baix als comentaris?

REFERÈNCIES

• Foto de portada
• La resta de fotografies, si no s’indica el contrari, obtingudes de les stores corresponents.

Fotosíntesi i vida vegetal

En aquest article parlarem de la fotosíntesi i de les primeres formes de vida vegetal. En la sistemàtica actual , el nom de planta s’ajusta a plantes principalment del medi terrestre, en canvi, el terme vegetal és més antic i de connotació aristotèlica que fa referència a organismes amb funcions fotosintètiques. Però, com en tot, hi ha excepcions. 

La paraula planta va sorgir fa moltíssim temps. Però, prèviament, Aristòtil va ser qui va diferenciar els éssers vius en tres grans grups:

• Vegetals (ànima vegetativa): realitzen la nutrició i reproducció.
• Animals (ànima sensitiva): nutrició, reproducció, percepció, moviment i desig.
• Ésser humà: afegeix a la llista anterior la capacitat de raonament.

Aristòtil (Domini públic)

Aquesta manera simplista de percebre el món ha perdurat durant molt de temps, tot i que ha anat variant amb els estudis de diferents autors com Linné o Whittaker, entre d’altres.

Una classificació molt actual és la proposada en 2012, The Revised Classification of Eukaryotes. J. Eukariot. Microbiol. 59 (5): 429-493; i ens revela un veritable àrbre de la vida.

Sina ;. Adl, et al. (2012) The revised classification of Eukaryotes.  J Eukaryot Microbiol.; 59 (5): 429-493

¿QUÈ ÉS LA FOTOSÍNTESI? ¿ÉS UN PROCÉS ÚNIC?

La fotosíntesi és un procés metabòlic que permet utilitzar l’energia lumínica per transformar compostos simples i inorgànics en complexos orgànics. Per això és necessari un conjunt de pigments fotosintètics  que captin els raigs de llum i que mitjançant una sèrie de reaccions químiques puguin realitzar processos interns que donin lloc a compostos orgànics.

Aquesta opció nutritiva ha sigut desenvolupada per molts organismes en múltiples grups i branques de l’arbre de la vida dels eucariotes I entre ells trobem als Archaeplastida, el llinatge d’organismes que ha donat peu a les plantes terrestres.

Les plantes terrestres (Embryophyta) es poden definir fàcilment, però i les algues? En general, es diu que són organismes eucariotes que viuen principalment en medi aquàtic i que tenen organització relativament simple (colònies simples o amb òrgans senzills), però això no és sempre cert. Per aquest motiu, tot els grups d’Archeaplastida que queden fora del concepte de planta terrestre (petit grup dins dels Archaeplastida) es denominen “algues“.

També hi ha procariotes fotosintètics dins del domini Eubacteria, i es en aquests on la fotosíntesi presenta una gran variabilitat. En canvi, en els eucariotes és única: la fotosíntesi oxigénica.

El domini eubacteria és molt ampli, i en les seves ramificacions hi ha fins a 5 grans grups d’organismes fotosintètics: Chloroflexi, Firmicutes, Chlorobi, Proteobacteria i Cianobacteris. Aquests últims són els únics eubactèris que realitzen una fotosíntesi oxigénica; amb alliberació d’oxigen de les molècules d’aigua i utilitzant com a donar d’electrons l’hidrogen de l’aigua. La resta duu a terme la fotosíntesi anoxigénica on el donador d’electrons és el sofre o sulfur d’hidrogen, però mai alliberen O₂ i molt rarament intervé l’aigua en el procés; és per això que es coneixen com les bactèries vermelles o porpres del sofre.

La fotosíntesi és, probablement més antiga que la vida mateixa. La oxigénica que està circumscrita a aquest grup de bactèries és probablement posterior, però va resultar imprescindible per al desenvolupament de la vida en el nostre planta, ja que va transformar l’atmosfera en una molt més oxigenada i gràcies a això la vida a la Terra ha pogut evolucionar.

Amazones, el pulmó de la Terra (Autor: Christian Cruzado; Flickr)

¿QUINS PIGMENTS S’UTILITZEN?

Els cianobacteris comparteixen pigments amb les plantes terrestres i la resta d’eucariotes fotosintètics. Aquests pigments són principalment clorofil·les a i b (les universals), essent la c i d només presents en alguns grups. A més hi ha dos pigments que també són universals: els carotens, que actuen com antenes que transfereixen l’energia a les clorofil·les i protegeixen el centre de reacció contra l’autooxidació, i les ficobiliproteínes (ficocianina, ficoeritrina, etc.), que apareixen tant en cianobacteris com en altres grups fotosintètics i s’encarreguen de capturar l’energia lumínica.

Però, perquè hi ha aquesta variabilitat de pigments accessoris? perquè cada pigment té un espectre d’absorció diferent, i al presentar diferents molècules es pot recollir molt millor l’espectre de la llum solar, és a dir, la captació d’energia és molt més eficient.

La resta de bacteris fotosintètics anoxigènics no tenen clorofil·les, i, en el seu lloc, tenen molècules especifiques de procariotes, les bacterioclorofil·les.

Espectre d’absorció de diferents pigments (Font: York University)

¿On es situen els pigments?

En organismes amb fotosíntesi oxigénica, els cianobacteris i els eucariotes fotosintètics, els pigments es troben en estructures complexes. En els cianobacteris, en el citoplasma perifèric hi ha una sèrie de sacs aplanats concèntrics denominats tilacoides, els quals només estan rodejats per una membrana. Al lumen tilacoïdal és on es localitzen els pigments. En els eucariotes, en canvi, trobem els cloroplasts: orgànuls intracel·lulars propis dels eucariotes fotosintètics on es realitza la fotosíntesi, que tenen com a mínim dues membranes, encara que poden ser més, i que presenten diversos tilacoides disposats de diferents maneres segons els organismes. Tots dos grups, per tant, realitzen la fotosíntesi oxigénica i tenen tilacoides; la diferencia és que en els eucariotes, els tilacoides es troben a l’interior dels cloroplasts.

Cél·lules vegetals en les que són visibles els cloroplasts (Autor: Kristian Peters – Fabelfroh)

En canvi, en organismes amb fotosíntesi anoxigénica hi ha diverses opcions.Les bactèries porpres contenen pigments en cromatòfors, una espècie de vesícules al centre o la perifèria de la cèl·lula. Per una altra banda, en les bactèries verdes (Chlorobi y Chloroflexi) es troben vesícules aplanades a la perifèria de la cèl·lula sobre la membrana plasmàtica on estan les bacterioclorofil·les. En Heliobacterium, el pigment està adossat a la cara interna de la membrana plasmàtica. Generalment no són estructures complexes, i acostumen a presentar membranes simples.

ORIGEN DELS ORGANISMES FOTOSINTÉTICS

L’evidència fòssil dels primers organismes fotosintètics són els estromatòlits (3,2 Ga).Són unes estructures formades per capes fines superposades d’organismes juntament amb els seus depòsits de carbonat càlcic. Aquestes formacions apareixen en zones someres, de mars càlids i ben irradiats. Encara que moltes tenen forma de columna, s’observen desviacions, ja que s’orienten cara al Sol. En el seu moment, van tenir una importància capital en la construcció de formacions d’esculls i, també, en els canvis de composició de l’atmosfera. Actualment hi ha alguns que encara segueixen vius.

Estromatòlits (Autor:Alessandro, Flickr)

REFERÉNCIES

• Apunts obtinguts en diverses assignatures durant la realització del Grau de Biologia Ambiental (Universitat Autònoma de Barcelona) y el Màster de Biodiversitat (Universitat de Barcelona).
• Font Quer, P. (1953): Diccionario de Botánica. Editorial Labor, Barcelona.
• Izco, J., Barreno, E., Brugués, M., Costa, M., Devesa, J. A., Fernández, F., Gallardo, T., Llimona, X., Parada, C., Talavera, S. & Valdés, B. (2004) Botánica 2.ªEdición. McGraw-Hill, pp. 906.
• Willis, K.J. & McElwain, J.C. (2014) The Evolution of Plants (second edition). Oxford University Press, 424 pp.

Plantes carnívores

El carnivorisme és un tipus de nutrició que normalment associem als animals, al món dels  heteròtrofs. Però s’ha vist que hi ha plantes que també són capaces d’alimentar-se d’altres organismes. Aquestes són les anomenades plantes carnívores i les seves estratègies per capturar a les preses són ben diferents i curioses.

QUÈ ÉS UNA PLANTA CARNÍVORA?

Una planta carnívora és aquella planta que tot i ser autòtrofa obté un suplement nutritiu gràcies a que s’alimenta d’animals, sobretot d’insectes.

Per a que una planta sigui carnívora ha de complir  tres requisits bàsics:

• Han d’atreure la presa per capturar-la i matar-la. Per tal d’atreure normalment presenten coloració vermellosa i també secreten nèctar. I per a capturar les preses han de constar de trampes, adaptacions morfològiques i anatòmiques que permeten retenir i matar la presa.
• També han de ser capaces de digerir i absorbir els nutrients alliberats per la presa que han capturat.
• I finalment han d’extreure un benefici significatiu de tot el procés.

Venus atrapamosques (Dionaea muscipula) (Autor: Jason).

ON VIUEN?

Les carnívores resulten poc competitives en ambients normals i a més acostumen a presentar un sistema radicular petit, per això requereixen d’aquesta especialització que els permet créixer més ràpidament. Generalment es troben en llocs amb poca mineralització, però alta concentració de matèria orgànica i zones d’humitat elevada i assolellades, ja que totes les  carnívores fan la fotosíntesi.

Normalment també són plantes calcífugues, és a dir, no estan ben adaptades a sòls alcalins i prefereixen ambients àcids on la font de calci és la presa. També tendeixen a viure en ambients reductors, per tant apareixen en sòls amb poc oxigen i carregats d’aigua. Algunes fins i tot són aquàtiques i viuen surant o submergides però prop de la superfície.

TIPUS DE TRAMPES I EXEMPLES

El sistema de captura és bastant divers, però es pot classificar segons si hi ha moviment o no.  Considerem actives aquelles que tenen moviment mecànic o per succió. En segon lloc hi hauria les semiactives; aquestes tenen moviment i consten de pèls adhesius. I finalment hi ha les passives, és a dir, que capturen sense moviment gràcies a pèls adhesius o estructures de caiguda com els cucurutxos o les urnes. A continuació veurem les estratègies a través de varis exemples.

TRAMPES ACTIVES

Venus atrapamosques

En el cas d’aquesta planta les trampes són mecàniques i estan formades per dues valves unides a un eix central. Aquestes valves són el resultat de la transformació de les fulles, les quals ja no són fotosintètiques. En conseqüència la tija és l’encarregada d’actuar com a pecíol i de fer la fotosíntesis; per això es troba eixamplada, augmentant la seva superfície facilita el procés. D’altra banda, les valves consten de glàndules de nèctar que atrauen a la presa i a més estan envoltades en el seu perímetre per dents que faciliten el tancament, ja que queden superposades per encaixar perfectament i evitar que l’animal s’escapi.

Però, què acciona el seu tancament?  Els encarregats són una sèrie de pèls disparadors que es troben al interior de la valva. Quan la presa es situa sobre la trampa i mou dos cops el mateix pèl o en mou dos en menys de 20s les valves es tanquen immediatament.

A continuació podem veure un vídeo on s’explica aquest procés. El vídeo és originari d’un reportatge emès per La 2 de TVE (Canal de Youtube: Luis Estévez):

Utricularia, la succionadora

Aquesta planta aquàtica que viu submergida prop de la superfície consta de sàculs o utricles que actuen com a trampes. Els sàculs es caracteritzen per tenir a l’entrada uns pèls sensitius que activen el mecanisme de succió de l’animal cap a l’interior, ja que en conseqüència el sàcul genera una pressió interna molt forta. D’aquesta manera succionen l’aigua i arrosseguen l’animal a la trampa. En el moment que entra l’aigua al sàcul, aquest pot arribar a augmentar un 40% el seu volum. La pressió interna és tan gran que quan l’animal és capturat s’escolta la succió.

En el següent curt podem veure a l’Utricularia en acció. El vídeo és originari d’un reportatge emès per La 2 de TVE (Canal de Youtube: Schoolbox):

TRAMPES SEMIACTIVES

Quan t’agafi ja no podràs escapar 

La presència de pèls adhesius no és exclusiva de plantes carnívores, moltes plantes els utilitzen com a defensa o per evitar pèrdua d’aigua. Però algunes carnívores, com la Drosera, els utilitzen per a capturar animals.

Els pèls adhesius o glàndules que presenta Drosera a les seves fulles estan formats per un peu i una cèl·lula apical que allibera mucílag. Aquesta substància atrau les preses per l’olor i pel gust. Quan la presa es situa a les fulles, les gotes de mucílag es van fusionant entre elles fins que formen una massa viscosa que acaba lubricant tota la presa fent impossible que pugui escapar. Cal remarcar que les glàndules tenen certa mobilitat i es desplacen per posar-se en contacte amb l’animal. A més, això provoca el tancament de la fulla facilitant la posterior digestió.

El següent vídeo mostra el funcionament d’aquest mecanisme (Canal de Youtube: TheShopofHorrors):

TRAMPES PASIVES

Compte que t’enganxes!

El cas de Drosophyllum és molt semblant al de Drosera, però aquesta vegada els pèls adhesius no tenen moviment i en conseqüència la fulla tampoc. El insecte queda atrapat simplement perquè s’enganxa i no es pot alliberar.

Insectes atrapats pels pèls adhesius de Drosophyllum (Autor: incidencematrix).

Vigila que caus!

Finalment veiem les trampes passives de caiguda, els cucurutxos i les urnes. Aquests a vegades presenten una tapa immòbil que no forma part del mecanisme de captura, però que protegeix la trampa de l’excés d’aigua, evitant que s’ompli. Els cucurutxos i urnes poden estar formats per la pròpia fulla o bé ser una estructura addicional originada pel nervi foliar. Aquest baixa fins l’altura del terra i desprès forma la trampa.

Urna de Nepenthes (Autor: Nico Nelson).

Les preses es senten atretes cap aquests paranys degut a les glàndules de nèctar situades al interior. Un cop dins sortir és ben complicat! Les parets d’aquestes trampes poden ser viscoses, presentar pèls orientats cap a baix que dificulten la sortida o bé tenen taques translúcides que fan pensar a l’animal que hi ha una sortida, però que en realitat no ho és i llavors l’animal cau esgotat al fons intentant escapar. D’altres a més alliberen substàncies que atordeixen a la presa impedint la fugida.

Cucurutxos de Heliamphora (Autor: Brian Gratwicke).

Cal dir que els animals grans que acostumen a caure en aquestes trampes és perquè estan malalts o perquè el seu desenvolupament no els permet distingir la trampa, tot i que n’hi ha que arriben a fer 20cm de llarg.

FALSES CARNÍVORES

Hi ha algunes plantes que sembla que en un futur podrien arribar a ser carnívores, però que no ho són per que no tenen un mecanisme especialitzat, és a dir, no compleixen un o més dels requisits necessaris.

És el cas de Dipsacus fullonum.  Aquesta espècie consta d’unes fulles que emmagatzemen aigua al voltant de la tija. Això evita que els insectes no voladors puguin pujar i alhora actua com a trampa potencial de caiguda. De tal manera que alguns insectes poden morir ofegats a l’aigua. Per tant, en un futur podria ser carnívora, ja que capturaria els insectes i a partir d’aquesta aigua absorbiria els nutrients.

Acumulació d’aigua amb insectes morts a les fulles de Dipsacus fullonum (Autor: Wendell Smith).

REFERÈNCIES

• Apunts de Fisiologia Vegetal Ambiental, Grau de Biologia Ambiental, UAB.
• International Carnivorous Plant Society – http://www.carnivorousplants.org

Les Reines del Jardí; flors amb corona

Si creies que les corones eren només pels reis i les reines, estaves ben equivocat. En aquest article podràs veure que algunes flors, com els narcisos, també són portadores de corones i en són ben dignes d’elles! A més no totes porten la mateixa, sinó que n’hi ha de ben diferents, de totes mides i colors. I són aquestes estructures tan peculiars les que han ocasionat que moltes d’aquestes plantes siguin cultivades per a la jardineria.

INTRODUCCIÓ 

En primer lloc, cal presentar les amarilidoidees (Subfamília Amaryllidoideae, Fam. Amaryllidaceae) perquè és on trobarem aquestes flors reials portadores de corona.

Els membres d’aquesta subfamília són plantes herbàcies perennes o biennals amb bulbs o rarament amb rizomes (tiges subterrànies habitualment allargades i de creixement horitzontal, semblants a arrels i que sovint emmagatzemen substàncies de reserva). Aquestes acostumen a presentar fulles allargades i estretes, que envolten una part de la tija, amb els nervis paral·lels, sense pèls, caduques, planes i amb el marge sencer, llis.

Foto d’un narcís (Narcissus) com a exemple d’un membre d’Amaryllidoideae.

LES SEVES FLORS

Ara que ja ens fem una idea de com són les plantes, hem de conèixer les característiques de les flors. És a dir, com són:

• Hermafrodites: contenen òrgans reproductors tan masculins com femenins.
• Bracteades: cada flor consta d’una fulla especialitzada que l’acompanya i que s’origina a la seva axil·la.
• Poden créixer solitàries o en conjunt.
• Sense diferenciació entre sèpals i pètals. Per tant, en aquest cas no es distingeix entre una corol·la i un calze, sinó que es tracta d’un periant format per dos verticils de tèpals petaloides. En cada verticil trobem 3 tèpals i en total 6 per flor. Aquests poden estar lliures o units entre ells. Quan es troben soldats poden formar corones, tal i com s’explica a l’apartat següent.

Parts de la flor: 1. tèpal petaloide; 2. corona; 3. bràctea floral (Modificació foto de Miguel Ángel García).

DIVERSITAT DE CORONES

El grup Amaryllidaceae es composa de 59 gèneres diferents. Però no tots són dignes de portar corona. I, a continuació, podràs veure quins sí que ho són i a on apareixen.

PARACOROL·LES

A Europa, regió mediterrània i a l’oest d’Àsia trobem unes de les flors amb corona més conegudes. Es tracta del narcis (Narcissus), una de les plantes més utilitzada en jardineria i segurament la reina del jardí més habitual. Aquest gènere consta d’una corona llarga amb forma de copa o embut. El seu origen és petaloide, és a dir, part dels tèpals es fusiona per donar lloc a aquesta estructura. A aquest tipus de corona se la denomina paracorol·la.

Narcissus (Autor: Blondinrikard Fröberg).

CORONES ESTAMINALS

D’altra banda, dins del mateix territori trobem al gènere Pancratium. Però aquest llueix una corona totalment diferent; en aquest cas l’origen és estaminal, és a dir, les bases dels estams s’han eixamplat i fusionat entre elles per formar l’embut.

Pancratium illyricum (Autor: Tigerente).

Des del centre fins al est d’Àsia i a Austràlia trobem els gèneres Calostemma i Proiphys, els quals porten una corona estaminal  (com al cas anterior).

Calostemma luteum (Autor: Melburnian).

Proiphys amboinensis (Autor: Tauʻolunga).

ALTRES CORONES

A més, dins la mateixa distribució que els dos exemples anteriors, apareix Lycoris. Però, aquest llueix una corona més petita, ja que esta formada només per la unió de la base dels 6 tèpals que donen lloc a petit tub.

Lycoris aurea (Public Domain).

Finalment a Amèrica és on trobem una gran varietat de gèneres i de corones ben diverses, formades de diferents maneres; algunes com en els casos anteriors. Els gèneres d’aquest territori són: Clinanthus, Pamianthe, Paramongaia, Hieronymiella, Placea, Hymenocallis, Ismene, Leptochiton, Eucrosia, Mathieua, Phaedranassa, Rauhia i Stenomesson

Pamianthe peruviana (Autor: Col Ford and Natasha de Vere).

Placea amoena (Autor: Dick Culbert).

Phaedranassa tunguraguae (Autor: Michael Wolf).

Ismene amancaes (Autor: Mayta).

Hymenocallis caribaea (Autor:Tatters ❀).

Eucrosia bicolor (Autor: Raffi Kojian – http://www.gardenology.org).

Clinanthus variegatus (Autor: Melburnian)

Ara que ja coneixes les diferents corones reials, quina seria la reina del teu jardí?

REFERÈNCIES

• Aguilella & F. Puche. 2004. Diccionari de botànica. Col·leció Educació. Material. Universitat de València: pp. 500.
• Bolòs, J. Vigo, R. M. Masalles & J. M. Ninot. 2005. Flora manual dels Països catalans. 3ed. Pòrtic Natura, Barcelona: pp. 1310.
• W. Byng. 2014. The Flowering Plants Handbook: A practical guide to famílies and genera of the world. Plant Gateway Ltd., Hertford, UK.
• Apunts de Fanerògames, Grau de Biologia Ambiental, UAB.
• Guía de Consultas Diversidad Vegetal. FACENA (UNNE). Monocotiledoneas- Asparagales: Amaryllidaceae.

Les plantes i el canvi climàtic

Des de fa uns quants anys hem sentit parlar del canvi climàtic. Avui dia ja és una evidència i també una preocupació. No només ens afecta a nosaltres, als humans, sinó que també a tota la vida. S’ha parlat bastant de l’escalfament global, però potser no s’ha fet tanta transmissió del que succeeix amb la vegetació. Són moltes coses les que es veuen afectades pel canvi climàtic i la vegetació també n’és una d’elles. A més, els canvis produïts en aquesta també ens afecten a nosaltres. Però, quins són aquests canvis?, com els pot regular la vegetació? I, com podem ajudar a mitigar-los a través d’aquesta?

CANVIS EN LA VEGETACIÓ

Distribució dels biomes

En general, degut al canvi climàtic s’espera un increment de les precipitacions a algunes parts del planeta, mentre que en d’altres s’espera un descens. També es denota un increment global de la temperatura. Això comporta un desplaçament en la localització dels biomes, les grans unitats de vegetació (per exemple: selves, boscos tropicals, tundres, etc.).

Triangle dels biomes segons altitud, latitud i humitat (Imatge de Peter Halasaz).

Per una altra banda, existeix una tendència al augment de la distribució de les espècies en els rangs septentrionals (latituds altes) i un detriment en regions meridionals (latituds baixes). Això porta greus problemes associats; el canvi en la distribució de les espècies afecta a la seva conservació i la seva genètica. En conseqüència, les poblacions situades als marges meridionals, que han estat considerades molt importants per a la conservació a llarg termini de la diversitat genètica i pel seu potencial evolutiu, es veuen en perill per aquesta pèrdua. I, en canvi, els rangs septentrionals es veurien afectats per l’arribada d’altres espècies competidores que podrien desplaçar a les presents, essent doncs invasores.

Distribució de les espècies

Dins l’escenari del canvi climàtic, les espècies tenen una certa capacitat per reajustar la seva distribució i per adaptar-se a aquest.

Però, quin tipus d’espècies podrien estar responent més ràpidament a aquest canvi? Es dedueix que aquelles amb un cicle de vida més ràpid i una capacitat de dispersió major seran les que mostrin una major adaptació i responguin millor. Això podria comportar una pèrdua de les plantes amb ritmes més lents.

La calcida blanca (Galactites tomentosa) una planta de cicle ràpid i amb gran dispersió (Imatge de Ghislain118).

Un factor que facilita el reajustament en la distribució és la presència de corredors naturals: aquests són parts del territori geogràfic que permeten la connectivitat i desplaçament d’espècies d’un lloc a un altre. Són importants per evitar que aquestes quedis aïllades i puguin desplaçar-se cap a noves regions.

Un altre factor és el gradient altitudinal, aquest proporciona molts refugis per a les espècies, facilita la presència de corredors i permet la redistribució de les espècies en altitud. Per tant, en aquells territoris on hi hagi més rang altitudinal es veurà afavorida la conservació.

En resum, la capacitat de les espècies per fer front al canvi climàtic depèn de les característiques pròpies de l’espècie i les del territori. I, per contra, la vulnerabilitat de les espècies al canvi climàtic es produeix quan la velocitat que aquestes presenten per poder desplaçar la seva distribució o adaptar-se és menor a la velocitat del canvi climàtic.

A nivell intern

El canvi climàtic també afecta a la planta com a organisme, ja que li produeix canvis al seu metabolisme i a la seva fenologia (ritmes periòdics o estacionals de la planta).

Un dels factors que porta a aquest canvi climàtic és l’increment de la concentració de diòxid de carboni (CO₂) a l’atmosfera. Això podria produir un fenomen de fertilització de la vegetació. Amb l’augment de CO₂ a l’atmosfera s’incrementa també la captació d’aquest per les plantes, augmentat així la fotosíntesi i permetent una major assimilació. Però, no és tot avantatges, perquè per això es produeix una pèrdua d’aigua important, degut a que els estomes (estructura que permeten l’intercanvi de gasos i la transpiració) romanen oberts molt temps per incorporar aquest CO₂. Per tant, hi ha efectes contraposats i la fertilització dependrà de la planta en sí, com també del clima local. Molts estudis han demostrat que diverses plantes reaccionen diferent a aquest increment de CO₂, ja que el compost afecta a varis processos fisiològics i per tant les respostes no són úniques . Per tant, ens trobem amb un factor que altera el metabolisme de les plantes i que no es pot predir com seran els seus efectes sobre elles. A més, aquest efecte fertilitzat està limitat per la quantitat de nutrients presents i sense ells la producció es frena.

Procés de fotosíntesi (Imatge de At09kg).

Per un altre costat, no hem d’oblidar que el canvi climàtic també altera el règim estacional (les estacions de l’any) i que això afecta al ritme de la vegetació, a la seva fenologia. Això pot comportar repercussions inclús a escala global; per exemple, podria produir un desajust en la producció de plantes cultivades per a l’alimentació.

PLANTES COM A REGUALADORES DEL CLIMA

Encara que no es pot parlar de les plantes com a reguladores del clima global, esta clar que hi ha una relació entre el clima i la vegetació. Però, aquesta relació és un tant complicada perquè la vegetació té tan efectes d’escalfament com de refredament del clima.

La vegetació disminueix l’albedo; els colors foscos absorbeixen més la radiació solar i per tant menys llum solar es reflecteix cap al exterior. A més. al ser organismes amb superfície rugosa s’augmenta l’absorció. En conseqüència, si hi ha més vegetació, la temperatura local (calor transferida) augmenta més.

Però, per altra banda, al augmentar la vegetació hi ha més evapotranspiració (conjunt de l’evaporació d’aigua d’una superfície i la transpiració a través de la planta). De manera que el calor es consumeix en passar l’aigua líquida a forma gasosa, el que comporta un refredament. A més, l’evapotranspiració també ajuda augmentar les precipitacions locals.

Efectes biofísics de diferents usos del sòl i la seva acció sobre el clima local (Imatge de Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Per tant, és un efecte ambigu i en determinats entorns pesa més l’efecte de refredament, mentre que en altres té més rellevància el d’escalfament.

MITIGACIÓ

Avui dia hi ha varies propostes per reduir el canvi climàtic, però com poden ajudar les plantes?

Les comunitats vegetals poden actuar com a embornals, reserves de carboni, ja que a través de l’assimilació de CO₂ ajuden a compensar les emissions. Un maneig adequat dels ecosistemes agraris i dels boscos pot ajudar a la captació i emmagatzematge del carboni. Per altra banda, si s’aconsegueix reduir la desforestació i augmentar la protecció d’habitats naturals i boscos, es reduirien les emissions i s’estimularia aquest efecte embornal. Tot i així, existeix el risc de que aquests embornals es puguin convertir en fonts d’emissió; per exemple, degut a un incendi.

Finalment, presentar els biocombustibles: aquests, a diferència dels combustibles fòssils (com el petroli), són recursos renovables, ja que es tracta de cultius de plantes destinats al ús de combustible. Encara que no aconsegueixen retirar CO₂ de l’atmosfera ni redueixen emissions de carboni, eviten l’increment d’aquest a l’atmosfera. Per aquest motiu no arribarien a ser una tècnica del tot mitigadora, però mantenen el balanç d’emissió i captació neutre. El problema és que poden generar efectes colaterals a nivell social i ambiental, com l’increment de preus d’altres cultius o la desforestació per a instaurar aquests cultius, cosa que no hauria de succeir.

Cultiu de canya de sucre (Saccharum officinarum) a Brasil per produir biocombustible (Imatge de Mariordo).

REFERÈNCIES

• Apunts de Ciències de la Biosfera, Anàlisi de la Vegetació i Fisiologia Vegetal, Grau de Biologia Ambiental, UAB.
• Hample & R. J. Petit. 2005. Conserving biodiversity under climate change: the rear edge matters. Ecology letters 8 (5): 461-467.
• Botanic Gardens Conservation International. 2015. How does climate change affect plants?. https://www.bgci.org/climate/climate_change_effects/
• Earth Observatory. 2015. How plants can change our climate. http://earthobservatory.nasa.gov/Features/LAI/LAI2.php