Plantes hiperacumuladores de metalls pesants

Durant milions d’anys l’evolució ha portat a les plantes a desenvolupar diferents estratègies per defensar-se contra els enemics naturals, donant lloc a una lluita d’armament evolutiva en la qual la supervivència d’uns i altres depèn de l’habilitat per fer front a les adaptacions dels altres. I és en aquest escenari on la acumulació de metalls pesants a alts nivells en les plantes juga un paper molt important.

 INTRODUCCIÓ

Segons Boyd (2012), la defensa de les plantes pot tractar-se sota diferents punts de vista:

• mecànica: espines, cobertures rígides, etc.
• química: diferents compostos inorgànics i orgànics.
• visual: cripsis i mimetisme.
• comportament: relacionat amb modificacions en la fenologia.
• i associativa: simbiosis amb altres organismes, com és el cas del gènere Cecropia que estableix simbiosi amb les formigues del gènere Azteca, les qual protegeixen aquestes plantes – per saber-ne més: Plantes i animals també poden viure en matrimoni – .

Defensa mecànica amb espines (Autor: Karyn Christner, Flickr, CC).

S’ha vist que la defensa química és ubiqua, i, per tant, moltes interaccions entre organismes s’explicarien sota aquest punt de vista. A més a més, algunes plantes contenen grans quantitats de certs elements químics, freqüentment metalls o components metàl·lics, que juguen un paper defensiu important, són les anomenades plantes hiperacumuladores.

Plantes hiperacumuladores i les seves característiques principals

Aquestes plantes pertanyen a diferents famílies, per tant la hiperacumulació és una adquisicuió independentment que ha sorgit distintes vegades durant l’evolució, però que en tots els casos genera l’habilitat per créixer en sòls metal·lífers i acumular altes quantitats extraordinàries de metalls pesants en els òrgans aeris, a diferència dels nivells trobats en la majoria d’espècies. Se sap que les concentracions d’aquests elements químics pot ser entre 100 – 1000 vegades majors que les presents en espècies no hiperacumuladores.

Generalment la química defineix els metalls pesants com aquells metalls de transició amb una massa atòmica superior a 20 i una densitat relativa al voltant de 5.  Però, sota un punt de vista biològic, els metalls pesants són aquells metalls o metal·loides que poden ser tòxics en baixes concentracions. Tot i així, les plantes hiperacumuladores aconsegueixen ser tolerants, hiperacumulen aquests metalls pesants sense patir efectes fitotòxics (toxicitat expressada en la planta).

En aquest sentit, hi ha tres característiques principals que defineixen les plantes hiperacumuladores:

• Fort augment de la taxa d’absorció de metalls pesants.
• Arrels que duen a terme la translocació més ràpidament.
• Gran habilitat per detoxificar i segrestar metalls pesants a les fulles.

Per tant, les plantes hiperacumuladores estan ben preparades per a l’assimilació, translocació a fulles i segrest de grans quantitats de metalls pesants en vacuoles o parets cel·lulars. En part, això és degut a una sobrexpressió constitutiva dels gens que codifiquen per a transportadors en membrana.

Els valors llindars que permeten distingir una planta hiperacumuladora d’una altra que no ho és estan relacionats amb la fitotoxicitat especifica de cada metall pesant. Segons aquest criteri, les plantes hiperacumuladores són plantes que quan creixen en sòls naturals acumulen en les parts aèries (en grams de pes sec):

• > 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 coure (Autor: Candiru, Flickr, CC).

L’APARICIÓ DE PLANTES HIPERACUMULADORES I LES SEVES IMPLICACIONS

Fins al moment s’ha plantejat diferents hipòtesis per explicar per què certes plantes han esdevingut hiperacumuladores de metalls pesants:

• Tolerància i disposició de metalls.
• Resistència a la sequera.
• Interferència amb les plantes veïnes.
• Defensa contra els enemics naturals.

La hipòtesis que rep més suport és l’anomenada “Elemental defence” (defensa per elements), que indica que certs metalls pesants poden tenir un rol defensiu en la planta contra els enemics naturals, com els herbívors i els patògens. Aquests organismes al consumir la planta presentarien efectes tòxics, els quals els portarien a la mort o a la reducció del consum d’aquesta planta en un futur. Tot i això, encara que els metalls pesants poden actuar a través de la seva toxicitat, això no garanteix que la planta no sigui danyada o atacada abans que l’enemic natural sigui afectat per aquests. En aquest sentit segueix essent necessari una defensa més efectiva que permeti evitar l’atac.

D’altra banda, d’acord amb una hipòtesi més moderna, “Joint effects” (efectes conjunts), els metalls pesants poden actuar juntament amb els compostos orgànics de defensa donant lloc a una major defensa global. Els avantatges dels elements inorgànics, incloent aquí als metalls pesants, és que no són sintetitzats per la planta, s’absorbeixen del sòl directament i per tant no hi ha tanta despesa energètica invertida en la defensa, i a més no poden ser biodegradats. Tot i així, alguns enemics especialistes poden quelar els metalls pesants, gracies als quelat (substàncies que s’uneixen a aquests metalls pesants per a reduir la seva toxicitat) o segrestar-los dins d’òrgans d’acumulació on es reduiria la seva activitat. Aquesta nova hipòtesi justificaria la presència simultània de diferents metalls pesants i compostos orgànics de defensa en la mateixa planta, amb la finalitat d’aconseguir una defensa major que afecti a més enemics naturals, els quals s’esperaria que no fossin capaços de tolerar els diferents elements tòxics.

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

D’altra banda, s’ha vist que certs herbívors tenen habilitats per evitar alimentar-se de plantes amb alts nivells de metalls pesants fent el que s’anomena “taste for metals” (“tasta dels metalls”). Tot i saber que això succeeix, encara no es coneix el mecanisme exacte de tot aquest procés d’alerta i evitament.

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

A més a més, tot i les elevades concentracions de metalls pesants que assumeixen aquestes plantes, alguns herbívors aconsegueixen sobrepassar aquesta defensa essent tolerants, és a dir, la seva dieta permet ingerir altes dosis de metalls i per tant alimentar-se de la planta. Això porta a pensar que certs herbívors podrien esdevenir especialistes en alimentar-se d’aquestes plantes, i que, per tant, aquest tipus de defensa quedaria reduït als organismes amb dietes variades, els anomenats generalistes. Tot i així, s’ha vist que algunes vegades els herbívors generalistes presenten una preferència i tolerància superior per les plantes hiperacumuladores que no pas els especialistes.

Per tots aquests motius es pot dir que l’evolució continua jugant un paper molt important en aquesta lluita d’armaments.

REFERÈNCIES

• 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 aplicaciones móviles imprescindibles para tus salidas de campo

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Atrás quedaron los tiempos en los que teníamos que cargar con guías y guías de identificación de especies para disfrutar del mar o montaña. A pesar de la nostalgia de esas guías impresas, hoy, gracias a las aplicaciones móviles cualquier aficionado a la naturaleza puede llevar en su bolsillo toda esa información y más que no nos pueden brindar los métodos clásicos. 

Como persona amante de la biología o naturaleza en general, no te pierdas estas 18 aplicaciones para identificar y aprender de todo lo que te rodea. ¿Necesitas más de 18? No te pierdas la segunda parte.

BIODIVERSIDAD Y CARTOGRAFÍA

MAP OF LIFE

Empezamos con un plato fuerte: esta maravillosa aplicación te permite conocer qué flora y fauna tienes alrededor en cualquier parte del mundo. Marcando en un mapa nuestra ubicación, nos indicará qué especies se pueden encontrar en la zona dónde estamos clasificadas por grupos (aves, anfibios, insectos, árboles, plantas, peces…) en una base de datos de más de 900.000 especies.

Entrando en la ficha de la especie que nos interese, además de la descripción, fotografías… podemos marcar si hemos hecho algún avistamiento, contribuyendo así a aportar datos sobre la frecuencia de aparición de la especie y teniendo un registro de nuestras observaciones.

También podemos encontrar directamente la ficha de una especie usando su buscador.

BIOGUIDE – GUÍA DE CAMPO MUNDIAL

Bioguide nos permite tener en nuestro Android mamíferos, aves, reptiles, anfibios, peces, mariposas, polillas, plantas y setas.  Al iniciar la aplicación te da a elegir qué datos descargar de un total de 100.000 fotos y 1.000 sonidos, para usarlos luego offline en la naturaleza. Además de en español, está disponible en multitud de idiomas.

Permite realizar búsquedas por color, región, nombre, estado de conservación, dieta, tipo de floración… Dentro de la ficha de cada especie, nos encontraremos con todo tipo de características, como el hábitat, estado de conservación, dieta, locomoción,  sistemática, morfología y fisiología, rastros, especies semejantes… Una app muy completa a tener en cuenta.

BV MÓVIL

Esta aplicación nos permite subir fotografías de nuestras observaciones, ya sean animales, plantas, líquenes o rocas a una base de datos de fotografías georeferenciadas. Al poco tiempo la especie será identificada y podrás guardar tu foto con el nombre correcto.  De esta manera además, podremos colaborar en el conocimiento de la biodiversidad y en la conservación del medio ambiente.

 iNATURALIST

iNaturalist es otra aplicación que nos permitirá subir nuestras observaciones a la base de datos Global Biodiversity Information Facility, para contribuir a un mejor conocimiento de la biodiversidad aportando datos a los científicos.

Se trata de un proyecto de ciencia ciudadana en el que puedes empezar tu propio proyecto o unirte a uno iniciado, contactar con los expertos que identifican los organismos que observas y ampliar tu conocimiento intercambiando experiencias con otros naturalistas.

PEAKFINDER EARTH

¿Cómo se llama la montaña que tienes delante? Con sólo apuntar tu móvil hacia ella, podrás saber el nombre del pico de cualquier parte del mundo, ya que su base de datos cuenta con 250.000 referencias. La aplicación tiene un coste de 3,39 € y funciona offline.

PeakFinder Earth

PUNTOS GEODÉSICOS

Si buscas una alternativa gratuita, Puntos geodésicos nos informará sobre el nombre, altitud del pico que estamos mirando y a qué distancia está. Tiene que instalarse conjuntamente con la app de realidad aumentada Layar y sólo nos informa sobre picos españoles.

Fuente

BOTÁNICA Y MICOLOGÍA

ARBOLAPP

Se trata  de una guía de árboles silvestres de la Península Ibérica y Baleares. Con ella podrás identificar cualquier árbol que te encuentres. 

En la búsqueda guiada, puedes ir describiendo en forma de clave dicotómica cómo es el árbol hasta que llegues a su especie, donde obtendrás una descripción del mismo, fotografías y distribución. También existe la búsqueda abierta, donde a partir de la localización, hojas, frutos, flores y otras características la app te llevará al árbol deseado. También dispone de un glosario con más de 80 palabras y lo más importante, no requiere conexión a internet para su uso.

Si lo que necesitas es una guía de campo de árboles de Europa y América del Norte prueba con  iKnow Trees 2 LITE, con una base de datos de más de 200 especies (sólo para Android).

Pl@ntNet

El “Shazam” de las plantas. Subiendo hasta 4 fotos de la planta que quieres identificar e indicando si es una flor, fruto, tallo… esta aplicación buscará entre las más de 4.000 especies que tiene registradas y te indicará de qué planta se trata. Si no se encuentra en la base de datos, puedes registrarla para que el resto de la comunidad la identifique y entre a formar parte de la base de datos.

FUNGIPEDIA

Aplicación para la identificación de setas con 250 especies en su versión gratuita. Además de información sobre la seta y su posible toxicidad, en las especies susceptibles de ser confundidas se incluye la descripción de los errores más comunes, para evitar así la recolección de especies innecesarias permitiendo que sigan cumpliendo su función en la naturaleza. La aplicación permite trabajar sin conexión si previamente nos hemos descargado las librerías con las fichas y fotografías.

Fuente

En la versión Pro (6,99€) , podremos guardar la localización GPS de las setas que hayamos encontrado, agrupando los setales por zonas. si alguna especie no está referenciada, la podremos añadir a la base de datos.

ZOOLOGÍA

AVES DE ESPAÑA

Si eres aficionado a la ornitología no puede faltar en tu smartphone esta aplicación desarrollada por SEO Birdlife.  Se divide en dos apartados:

• La guía de aves propiamente dicha, con fichas de las 563 especies de aves que están presentes o han sido citadas en España. En cada ficha encontrarás la distribución, dibujos, fotos, vídeos, los cantos y una breve descripción, así como los meses de avistamiento.

• Itinerarios ornitológicos: nos informa de las zonas de España donde realizar nuestras observaciones, con información sobre la importancia ecológica de la zona y qué aves podemos encontrar.

AVES ACUÁTICAS

SEO Birdlife dispone además de la app específica Aves acuáticas para informatizar censos de aves acuáticas, identificar los humedales más cercanos a nuestra ubicación y consultar las fotografías y censos actuales de cada humedal.

 WARBL, TWIGLE Y MERLIN BIRD ID

Estas tres apps ofrecen funciones similares. En Warbl nos encontramos con el “Shazam” de las aves. Con sólo hacer que el móvil escuche el canto de un pájaro, lo reconocerá y nos dará información de la especie sin estar conectados a la red. Aunque reconoce 220 aves de UK, lo podremos usar también en España. tiene un coste de 5,29€.

Twigle Birds Field Guide (sólo para iPhone) es otra app que no sólo nos permite identificar las aves por su canto, como Warbl, sino que permite subir fotos de cualquier ave que hayamos avistado y reconocerá la especie a partir de nuestra imagen.  Identifica especies de Norteamérica, Irlanda, UK y Suráfrica.

Si no disponemos de iPhone, Merlin Bird Id en su versión web también permite reconocer a partir de una foto cientos de especies de pájaros de Norteamérica. También dispone de aplicación en Android i iOS para la identificación de las aves a partir de unas sencillas preguntas.

INSECT ORDERS

Si eres un apasionado de los insectos, con esta aplicación podrás identificar órdenes de insectos, eso sí, australianos. Aun así, se trata de una buena manera de aprender a distinguir las características que definen cada orden, presentes también en España (exceptuando tres) .

iFelix – WOLF

Los cuadernos de campo del emblemático Félix Rodríguez de la Fuente revisitados. Si eres un apasionado de los lobos, con esta app (2,20 €) disfrutarás de ilustraciones, animaciones 3D, fotografías, mapas dinámicos, sonidos, utilidades (cámara con geolocalización de avistamientos y otros) y un área de prácticas de dibujos de campo.

Por el momento sólo está disponible el cuaderno del lobo, pero se están preparando los cuadernos del águila imperial y el lince ibérico.

ANIMALS TIME: ENCYCLOPEDIA

Aunque la descripción de esta aplicación (disponible sólo en inglés y para Android) indique que está dirigida a niños, la verdad es que nos encontramos ante muchísima información sobre cientos de especies animales. Curiosidades, distribución, hábitat, comportamiento, alimentación…

También dispone de apartados específicos para especies en peligro e incluso extintas. Una aplicación a tener en cuenta si domináis el inglés.

Hasta aquí la selección de All You Need is Biology de apps móviles para usar en el campo. En futuros artículos completaremos la lista con más aplicaciones de mapas, brújulas y otras utilidades imprescindibles para cualquier naturalista. También descubriremos  otro tipo aplicaciones relacionadas con la biología.

Y tú, ¿qué otras aplicaciones conoces para completar esta lista? ¿Las añades más abajo en los comentarios?

REFERENCIAS

• Foto de portada
• El resto de fotografías, si no se indica lo contrario, obtenidas de las stores correspondientes.

Fotosíntesis y vida vegetal

En este artículo hablaremos de la fotosíntesis y de las primeras formas de vida vegetal. En la sistemática actual, el término de planta se ajusta a plantas fundamentalmente del medio terrestre, mientras que el término vegetal es un término antiguo de connotación aristotélica que alude a organismos con funciones fotosintéticas. Pero, como en todo, hay excepciones.

El término planta se acuñó hace muchísimos años. Pero, previamente, fue Aristóteles quién diferenció a los seres vivos en tres grandes grupos:

• Vegetales (alma vegetativa): realizan la nutrición y reproducción.
• Animales (alma sensitiva): nutrición, reproducción, percepción, movimiento y deseo.
• Ser humano: añade a la lista anterior la capacidad de razonar.

Aristóteles (Dominio público)

Esta manera simplista de percibir el mundo vivo ha perdurado durante mucho tiempo, y ha ido variando con los estudios de diferentes autores como Linneo o Whittaker, entre otros.

Una clasificación muy actual es la propuesta en 2012, The Revised Classification of Eukaryotes. J. Eukariot. Microbiol. 59 (5): 429-493; nos revela un verdadero árbol de la vida.

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

¿QUÉ ES LA FOTOSÍNTESIS? ¿ES UN PROCESO ÚNICO?

La fotosíntesis es un proceso metabólico que permite usar la energía lumínica para transformar compuestos simples e inorgánicos en complejos orgánicos. Para hacer esto necesitan una serie de pigmentos fotosintéticos que capten estos rayos de luz y que mediante una serie de reacciones químicas permitan realizar procesos internos que den lugar a los compuestos orgánicos.

Esta opción nutritiva ha  sido desarrollada por muchos organismos en múltiples grupos y ramas del árbol de la vida de los eucariotas. Y entre ellos encontramos a los Archaeplastida, el linaje de organismos que ha dado pie a las plantas terrestres.

Las plantas terrestres (Embryophyta) son fácilmente definibles, pero ¿y las algas? Por lo general, se dice que son organismos eucariotas que viven fundamentalmente en el medio acuático y que tienen una organización relativamente simple (coloniales simples o con órganos muy simples), pero esto no es siempre verdad. Por este motivo, todos los grupos de Archaeplastida que quedan fuera del concepto de plantas terrestres (un pequeño grupo dentro de Archaeplastida) son denominados “algas”.

También hay procariotas fotosintéticos del dominio Eubacteria, y es en estos donde la fotosíntesis presenta una gran variabilidad. Mientras que en los eucariotas es única: la fotosíntesis oxigénica.

El dominio eubacteria es muy amplio, y en sus ramificaciones hay hasta 5 grandes grupos de organismos fotosintéticos: Chloroflexi, Firmicutes, Chlorobi, Proteobacteria y Cianobacterias. Estas últimas son las únicas eubacterias que realizan una fotosíntesis oxigénica; con liberación de oxígeno de las moléculas de agua y usando como donador de electrones el hidrogeno del agua. En el resto, tienen lugar una fotosíntesis anoxigénica: el donador de electrones es el azufre o el sulfuro de hidrógeno, pero jamás liberan O₂ dado que raras veces interviene el agua en el proceso; es por esto que son conocidas como bacterias rojas o lilas del azufre.

La fotosíntesis es, probablemente, más antigua que la vida misma. La oxigénica, que está circunscrita a este grupo de bacterias, las cianobacterias, probablemente es posterior, pero fue crucial para el desarrollo de vida en nuestro planeta, dado que transformó la atmosfera en una mucho más oxigenada y gracias a ello la vida en la Tierra pudo evolucionar.

Amazonas, el pulmón de la Tierra (Autor: Christian Cruzado; Flickr)

¿QUÉ PIGMENTOS SE USAN?

Las cianobacterias comparten pigmentos con las plantas terrestres y el resto de eucariotas fotosintéticos. Estos pigmentos son fundamentalmente clorofilas a y b (las universales), siendo los c y d solo presentes en algunos grupos. Además hay dos pigmentos que también son universales: los carotenos, que actúan como antenas que transmiten la energía a las clorofilas o protegen el centro de reacción contra la autooxidación, y las ficobiliproteínas (ficocianina, ficoeritrina, etc.), que aparecen tanto en cianobacterias como en otros grupos de eucariotas fotosintéticos y se encargan de capturar la energía lumínica.

¿Por qué hay esta variabilidad de pigmentos accesorios? Porque cada pigmento tienen un espectro de absorción diferente, y el tener diferentes moléculas permite recoger mucho mejor el espectro de la luz solar; es decir, la captación de energía es mucho más eficiente.

El resto de bacterias fotosintéticos anoxigénicos no tienen clorofilas y, en su lugar, tienen moléculas específicas de procariotas, las bacterioclorofilas.

Espectro de absorción de diferentes pigmentos (Fuente: York University)

¿Dónde se localizan los pigmentos?

En organismos con fotosíntesis oxigénica, las cianobacterias y eucariotas fotosintéticos, los pigmentos están en estructuras complejas. En las cianobacterias, en el citoplasma periférico hay una serie de sacos aplanados concéntricos denominados tilacoides, los cuales solo están rodeados por una membrana. En el lumen del tilacoide es donde se encuentran los pigmentos. En los eucariotas, en cambio, encontramos los cloroplastos: orgánulos intracelulares propios de los eucariotas fotosintéticos donde se realiza la fotosíntesis con mínimo 2 membranas, aunque pueden ser más, y numerosos tilacoides dispuestos de diferentes maneras según los organismos. Ambos grupos, por lo tanto, realizan fotosíntesis oxigénica y presentan tilacoides; la diferencia es que en los eucariotas, los tilacoides se encuentran en el interior de los cloroplastos.

Células vegetales en las que son visibles los cloroplastos (Autor: Kristian Peters – Fabelfroh)

En cambio, en organismos con fotosíntesis anoxigénica hay distintas opciones. Las bacterias púrpuras contienen los pigmentos en cromatóforos, una especie de vesículas en el centro o periferia de la célula. En cambio, en las bacterias verdes (Chlorobi y Chloroflexi) se encuentran vesículas aplanadas en la periferia de la célula sobre la membrana plasmática donde están las bacterioclorofilas. En Heliobacterium, el pigmento está adosado a la cara interna de la membrana plasmática. Generalmente no son estructuras complejas, y suelen tener membranas simples.

ORIGEN DE LOS ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS

La evidencia fósil de los primeros organismos fotosintéticos son los estromatolitos (3,2 Ga). Son unas estructuras formadas por láminas finas superpuestas de organismos junto con sus depósitos de carbonato cálcico. Estas formaciones aparecen en zonas someras, de mares cálidos y bien iluminados. Aunque muchas tienen forma de columna, se observan desviaciones porque se orientan hacia la luz del Sol. En su momento, tuvieron una importancia capital en la construcción de formaciones arrecíficas y, también, en los cambios de composición de la atmósfera.  Actualmente hay algunos que aún se encuentran vivos.

Estromatolitos (Autor:Alessandro, Flickr)

REFERENCIAS

• Apuntes obtenidos en diversas asignatura durante la realización del Grado de Biología Ambiental (Universidad Autónoma de Barcelona) y el Máster de Biodiversidad (Universidad 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.

Plantas carnívoras

El carnivorismo es un tipo de nutrición que normalmente se asocia a los animales, al mundo de los heterótrofos. Pero se ha visto que hay plantas que también son capaces de alimentarse de otros organismos. Éstas son las denominadas plantas carnívoras y sus estrategias para capturar a las presas son bien diferentes y curiosas.

¿QUÉ ES UNA PLANTA CARNÍVORA?

Una planta carnívora es aquella planta que aun siendo autótrofa obtiene un suplemento nutritivo gracias a que se alimenta de animales, sobretodo insectos.

Para que una planta sea carnívora debe cumplir tres requisitos básicos:

• Tiene que atraer a la presa para capturar y matarla. Para llamar su atención normalmente presentan coloración rojiza y secretan néctar. Y para capturar a las presas disponen de trampas, adaptaciones morfológicas y anatómicas que permiten retener y matarla.
• También deben ser capaces de digerir y absorber los nutrientes liberados por la presa que han capturado.
• Y finalmente tiene que extraer un beneficio significativo de todo el proceso.

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

¿DÓNDE VIVEN?

Las carnívoras resultan poco competitivas en ambientes normales y además suelen presentar un sistema radicular pequeño, por ello requieren de esta especialización que les permite crecer más rápidamente. Generalmente se encuentran en lugares con poca mineralización, pero alta concentración de materia orgánica y zonas soleadas y de humedad elevada, ya que todas las carnívoras realizan la fotosíntesis.

Normalmente también son plantas calcífugas, es decir, no están bien adaptadas a suelos alcalinos y prefieren ambientes ácidos dónde la fuente de calcio es la presa. También tienden a vivir en ambientes reductores, por lo tanto aparecen en suelos con poco oxígeno y cargados de agua. Algunas incluso son acuáticas y viven flotando o sumergidas pero cerca de la superficie.

TIPO DE TRAMPAS Y EJEMPLOS

El sistema de captura es bastante diverso, pero se puede clasificar según si hay movimiento o no. Consideramos activas aquellas que tienen movimiento mecánico o por succión. En segundo lugar están las semiactivas; éstas tienen movimiento y disponen de pelos adhesivos. Y finalmente hay las pasivas, es decir, que capturan sin movimiento gracias a pelos adhesivos o estructuras de caída como los cartuchos o las urnas. A continuación veremos las estrategias a través de algunos ejemplos.

TRAMPAS ACTIVAS

Venus atrapamoscas

En el caso de esta planta las trampas son mecánicas y están formadas por dos valvas unidas a un eje central. Estas valvas son el resultado de la transformación de las hojas, las cuales ya no son fotosintéticas. En consecuencia el tallo es el encargado de actuar como peciolo y de hacer la fotosíntesis; por ello se encuentra engrosado, aumentando su superficie facilita el proceso. Por otro lado, las valvas constan de glándulas de néctar que atraen a la presa y además están rodeadas en su perímetro por dientes que ayudan al cierre, ya que quedan superpuestas para encajar perfectamente y evitar que el animal escape.

Pero, ¿qué acciona el cierre? los encargados son una serie de pelos disparadores que se encuentran en el interior de la valva. Cuando la presa se sitúa sobre la trampa y mueve dos veces el mismo pelo o dos de distintos en menos de 20s las valvas se cierran inmediatamente.

A continuación podemos ver un vídeo dónde se explica este proceso. El vídeo es originario de un reportaje emitido en La 2 de TVE (Canal de Youtube: Luis Estévez):

Utricularia, la succionadora

Esta planta conocida como col de vejigas (Utricularia) vive sumergida cerca de la superficie y consta de vejigas o utrículos que actúan como trampas. Las vejigas se caracterizan por tener en la entrada unos pelos sensitivos que activan el mecanismo de succión de la presa hacía el interior, ya que en consecuencia la vejiga genera una presión interna muy fuerte. De este modo succionan agua y arrastran al animal hacía la trampa. En el momento que entra agua en la vejiga, ésta puede llegar a aumentar un 40% su volumen. La presión interna es tan grande que cuando el animal es capturado se escucha la succión.

En el siguiente vídeo podemos ver en acción a la col de vejigas. El vídeo es originario de un reportaje emitido en La 2 de TVE (Canal de Youtube: Schoolbox):

TRAMPAS SEMIACTIVAS

Cuando te coja ya no podrás escapar

La presencia de pelos adhesivos no es exclusiva de plantas carnívoras, muchas plantas los utilizan como una defensa o para evitar pérdidas de agua. Pero algunas carnívoras, como el rocío del Sol (Drosera), los usan para capturar animales.

Los pelos adhesivos o glándulas que presenta Drosera en sus hojas están formados por un  pie y una célula apical que libera mucilago. Esta substancia atrae a las presas por su olor y gusto. Cuando la presa se sitúa en las hojas, las gotas de mucilago se van uniendo entre ellas hasta formar una masa viscosa que acaba lubricando toda la presa haciendo imposible que pueda escapar. Debemos remarcar que las glándulas tienen cierta movilidad y se desplazan para ponerse en contacto con el animal. Además, esto provoca el cierre de la hoja, facilitando la posterior digestión.

El siguiente vídeo muestra el funcionamiento de este mecanismo (Canal de Youtube: TheShopofHorrors):

TRAMPAS PASIVAS

¡Cuidado que te enganchas! 

El caso de Drosophyllum es muy similar al de Drosera, pero esta vez los pelos adhesivos no tienen movilidad y en consecuencia la hoja tampoco. El insecto queda atrapado simplemente porque se engancha y no se puede liberar.

Insectos atrapados por los pelos adhesivos de Drosophyllum (Autor: incidencematrix).

¡Vigila que caes!

Finalmente vemos las trampas pasivas de caída, los cucuruchos y las urnas. Éstos a veces presentan una tapa inmóvil que no forma parte del mecanismo de captura, pero que protege del exceso de agua, evitando que se llene. Los cucurucho y urnas pueden estar formados por la propia hoja o bien ser una estructura adicional originada por el nervio foliar. Éste baja hasta la altura del suelo y después forma la trampa.

Urna de Nepenthes (Autor: Nico Nelson).

Las presas se sienten atraídas hacia estos engaños debido a las glándulas de néctar situadas en el interior. ¡Una vez dentro salir se vuelve complicado! Las paredes de estas trampas pueden ser viscosas, presentar pelos orientados hacia abajo que dificultan la salida o bien tener tacas translucidas que hacen pensar al animal que hay una salida, pero que en realidad no lo es y entonces el animal cae rendido al fondo intentando escapar. Otras además liberan sustancias que aturden a la presa impidiendo la huida.

Cucuruchos de Heliamphora (Autor: Brian Gratwicke).

Debe decirse que los animales grandes que suelen caer en estas trampas es porque están enfermos o porque su desarrollo no les permite distinguir la trampa, aunque las hay que llegan a medir hasta 20cm de largo.

FALSAS CARNÍVORAS

Hay algunas plantas que parece que en un futuro podrían llegar a ser carnívoras, pero que no lo son porque no tienen un mecanismo especializado, es decir, no cumplen uno o más requisitos necesarios.

Es el caso de Dipsacus fullonum. Esta especie consta de unas hojas que almacenan agua alrededor del tallo. Esto evita que los insectos no voladores puedan subir y al mismo tiempo actúa como una trampa potencial de caída. De tal modo que algunos insectos pueden morir ahogados en el agua. Por lo tanto, en un futuro podría ser carnívora, ya que podría capturar los insectos y a partir de esa agua absorber los nutrientes.

Acumulación de agua con insectos muertos en las hojas de  Dipsacus fullonum (Autor: Wendell Smith).

REFERENCIAS

• Apuntes de Fisiología Vegetal Ambiental, Grado de Biología Ambiental, UAB.
• International Carnivorous Plant Society – http://www.carnivorousplants.org

Las Reinas del Jardin; flores con corona

Si creías que las coronas eran solo para los reyes y las reinas, estabas bien equivocado. En este articulo podrás ver que algunas flores, como los narcisos, también son portadoras de coronas ¡y son muy dignas de ello! Además no todas llevan la misma, sino que hay de muy distintas, de todos los tamaños y colores. Y son estas estructuras tan peculiares las que han ocasionado que muchas de estas plantas sean cultivadas para los jardines. 

INTRODUCCIÓN

En primer lugar, tenemos que presentar las amarilidóideas (Subfamilia Amaryllidoideae, Fam. Amaryllidaceae) porque es donde encontraremos a estas flores reales portadoras de corona.

Los miembros de esta subfamilia son plantas herbáceas perennes o bienales con bulbos o raramente con rizoma (tallos subterráneos habitualmente alargados y de crecimiento horizontal, similares a raíces y que normalmente almacenan sustancias de reserva). Estas acostumbran a presentar hojas alargadas y estrechas, que envuelven una parte del tallo, con los nervios paralelos, sin pelos, caducas, planas y con el margen entero, liso.

Foto de un narciso (Narcissus) como ejemplo de un miembro de Amaryllidoideae.

SUS FLORES

Ahora que ya nos hacemos una idea de como son las plantas, tenemos que conocer las características de las flores. Es decir, como son:

• Hermafroditas: contienen órganos reproductores tanto masculinos como femeninos.
• Bracteadas: cada flor consta de una hoja especializada que la acompaña y que se origina en su axila.
• Pueden crecer solitarias o en conjunto.
• Sin diferenciación entre sépalos y pétalos. Por lo tanto, en este caso no se diferencia entre corola y cáliz, sino que se trata de un perianto formado por dos verticilos de tépalos petaloides. En cada verticilo encontramos 3 tépalos y en total 6 por flor. Estos pueden estar libres o unidos entre ellos. Cuando esto último ocurre pueden formar coronas, tal y como se explica en el siguiente apartado.

Partes de la flor: 1. tépalo petaloide ; 2. corona; 3. bráctea floral (Modificación foto de Miguel Ángel García).

DIVERSIDAD DE CORONAS

El grupo Amaryllidaceae se compone de 59 géneros diferentes. Pero no todos son dignos de llevar corona. Y, a continuación, podrás ver cuales si que lo son y donde aparecen.

PARACOROLAS

En Europa, región mediterránea y al oeste de Asia encontramos unas de las flores con corona más conocidas. Se trata del narciso (Narcissus), una de las plantas más utilizada en jardinería y seguramente la reina del jardín más habitual. Este género consta de una corona larga con forma de copa o embudo. Su origen es petaloide, es decir, parte de los tépalos se fusiona para dar lugar a esta estructura. A este tipo de corona se la denomina paracorola.

Narcissus (Autor: Blondinrikard Fröberg).

CORONAS ESTAMINALES

Por otro lado, dentro del mismo territorio encontramos el género Pancratium. Pero este luce una corona totalmente diferente; en este caso el origen es estaminal, es decir, las bases de los estambres se ha ensanchado y fusionado entre ellas para formar el embudo.

Pancratium illyricum (Autor: Tigerente).

Desde el centro al este de Asia y en Australia aparecen los géneros Calostemma y Proiphys, los cuales llevan corona estaminal (como en el caso anterior).

Calostemma luteum (Autor: Melburnian).

Proiphys amboinensis (Autor: Tauʻolunga).

ALTRES CORONES

Además, dentro de la misma distribución que los dos ejemplos anteriores, aparece Lycoris. Pero, este luce una corona más pequeña, ya que esta formada solo por la unión de la base de los 6 tépalos que dan lugar a un pequeño tubo.

Lycoris aurea (Public Domain).

Finalmente en América es donde encontramos una gran variedad de géneros y de coronas bien diversas, formadas de diferentes maneras; algunas como en los casos anteriores. Los miembros de este territorio son: Clinanthus, Pamianthe, Paramongaia, Hieronymiella, Placea, Hymenocallis, Ismene, Leptochiton, Eucrosia, Mathieua, Phaedranassa, Rauhia y 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)

Ahora que ya conoces las diferentes coronas reales, ¿cual seria la reina de tu jardín?  

REFERENCIAS

• 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.
• Guía de Consultas Diversidad Vegetal. FACENA (UNNE).Monocotiledoneas- Asparagales: Amaryllidaceae.
• W. Byng. 2014. The Flowering Plants Handbook: A practical guide to famílies and genera of the world. Plant Gateway Ltd., Hertford, UK.
• Apuntes de Fanerógamas, Grado de Biología Ambiental, UAB.
• Guía de Consultas Diversidad Vegetal. FACENA (UNNE).Monocotiledoneas- Asparagales: Amaryllidaceae.

Las plantas y el cambio climático

Desde hace unos cuantos años hemos oído hablar del cambio climático. Hoy en día ya es una evidencia y también una preocupación. No solo nos afecta a nosotros, a los humanos, sino también a toda la vida. Se ha hablado bastante del calentamiento global, pero quizá no se haya hecho tanta transmisión de lo que sucede con la vegetación. Son muchas cosas las que se ven afectadas por el cambio climático y la vegetación también es una de ellas. Además, los cambios producidos en esta también nos afectan a nosotros. Pero, ¿cuáles son estos cambios?, ¿cómo los puede regular la vegetación? Y, ¿cómo podemos ayudar a mitigarlos a través de esta?

CAMBIOS EN LA VEGETACIÓN

Distribución de los biomas

En general, debido al cambio climático se espera un incremento de las precipitaciones en algunas partes del planeta, mientras que en otras se espera un descenso. También se denota un incremento global de la temperatura. Esto conlleva a un desplazamiento en la localización de los biomas, las grandes unidades de vegetación (por ejemplo: selvas, bosques tropicales, tundras, etc.).

Triangulo de los biomas según altitud, latitud y humedad (Imagen de Peter Halasaz).

Por otro lado, existe una tendencia al aumento de la distribución de especies en los rangos septentrionales (altas latitudes) y un detrimento en regiones meridionales (baja latitud). Esto conlleva graves problemas asociados; el cambio en la distribución de las especies afecta a su conservación y a su diversidad genética. En consecuencia, las poblaciones situadas en los márgenes meridionales, que han estado consideradas muy importantes para la conservación a largo plazo de la diversidad genética y por su potencial evolutivo, se ven en peligro por esta perdida. Y, en cambio, los rangos septentrionales se verían afectados por la llegada de otras especies competidoras que podrían desplazar a las ya presentes, siendo pues invasoras.

Distribución de las especies

Dentro del escenario del cambio climático, las especies tienen una cierta capacidad para reajustar su distribución y para adaptarse a este.

Pero, ¿qué tipo de especies podrían estar respondiendo más rápidamente a este cambio? Se deduce que aquellas con un ciclo de vida más rápido y una capacidad de dispersión mayor serán las que muestren mayor adaptación y respondan mejor. Esto podría conllevar a una pérdida de las plantas con ritmos más lentos.

La cardota (Galactites tomentosa) una planta de ciclo rápido y con gran dispersión (Imagen de Ghislain118).

Un factor que facilita el reajuste en la distribución es la presencia de corredores naturales: estos son partes del territorio geográfico que permiten la conectividad y desplazamiento de especies de un lado a otro. Son importantes para evitar que estas queden aisladas y puedan desplazarse hacia nuevas regiones.

Otro factor es el gradiente altitudinal, el cual proporciona muchos refugios para las especies, facilita la presencia de corredores y permite la redistribución de las especies en altitud. Por lo tanto, en aquellos territorios dónde haya mayor rango altitudinal se verá favorecida la conservación.

En resumen, la capacidad de las especies para hacer frente al cambio climático depende de las características propias de la especie y de las del territorio. Y, por el contrario, la vulnerabilidad de las especies al cambio climático se produce cuando la velocidad que estas presentan para poder desplazar su distribución o adaptarse es menor a la velocidad del cambio climático.

A nivel interno

El cambio climático también afecta a la planta como organismo, ya que le produce cambios en su metabolismo y en su fenología (ritmos periódicos o estacionales de la planta).

Uno de los efectos que empujan a este cambio climático es el incremento de la concentración de dióxido de carbono (CO₂) en la atmosfera. Esto podría producir un fenómeno de fertilización de la vegetación. Con el aumento de CO₂ en la atmosfera se incrementa también la captación de este por las plantas, aumentando así la fotosíntesis y permitiendo una mayor asimilación. Esto, pero, no son todo ventajas, porque para ello se produce una pérdida de agua importante, debido a que los estomas (estructuras que permiten el intercambio de gases y la transpiración) permanecen largo tiempo abiertos para incorporar este CO₂. Por lo tanto, hay efectos contrapuestos y la fertilización dependerá de la planta en sí, como también del clima de ese lugar. Muchos estudios han demostrado que diversas plantas reaccionan diferente a este incremento del CO₂, ya que el compuesto afecta a varios procesos fisiológicos y por lo tanto las respuestas no son únicas. Por lo tanto, nos encontramos con un factor que altera el metabolismo de las plantas y que no se puede predecir cómo serán sus efectos sobre ellas. Además, este efecto fertilizante está limitado por la cantidad de nutrientes presentes y sin ellos la producción se frena.

Proceso de fotosíntesis (Imagen de At09kg).

Por otro lado, no debemos olvidar que el cambio climático también altera el régimen estacional (las estaciones del año) y que esto afecta al ritmo de la vegetación, a su fenología. Esto puede tener repercusiones incluso a escala global; por ejemplo, podría producir un desajuste en la producción de plantas cultivadas para la alimentación.

PLANTAS COMO REGULADORAS DEL CLIMA

Aunque no se puede hablar de las plantas como reguladoras del clima global, está claro que hay una relación entre el clima y la vegetación. Sin embargo, esta relación es un tanto complicada porque la vegetación tiene tanto efectos de enfriamiento como de calentamiento del clima.

La vegetación disminuye el albedo; los colores oscuros absorben más la radiación solar y por lo tanto se refleja menos luz solar hacía el exterior. Además, al ser organismos de superficie rugosa se aumenta la absorción. En consecuencia, cuanta más vegetación, la temperatura local (calor transferido) aumenta más.

Pero, por otro lado, al aumentar la vegetación hay más evapotranspiración (conjunto de la evaporación de agua de una superficie y la transpiración a través de la plantas). De manera que el calor se gasta en pasar el agua líquida a gaseosa, lo que conlleva a un enfriamiento. Además, la evapotranspiración también ayuda aumentar las precipitaciones locales.

Efectos biofísicos de diferentes usos del suelo y su acción sobre el clima local. (Imagen de Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Por lo tanto es un efecto ambiguo y en determinados ambientes pesa más el efecto de enfriamiento, mientras que en otros tiene más relevancia el de calentamiento.

MITIGACIÓN

Hoy en día hay varias propuestas para reducir el cambio climático, pero ¿cómo pueden ayudar las plantas?

Las comunidades vegetales pueden actuar como sumideros, reservas de carbono, ya que a través de la asimilación de CO₂ ayudan a compensar las emisiones. Un manejo adecuado de los ecosistemas agrarios y los bosques puede ayudar a la captación y almacenamiento del carbono. Por otro lado, si se lograra reducir la deforestación y aumentar la protección de hábitats naturales y bosques, se reducirían las emisiones y se estimularía este efecto sumidero. Aun así, existe el riesgo de que estos sumideros puedan convertirse en fuentes de emisión; por ejemplo, debido a incendios.

Finalmente, presentar los biocombustibles: estos, a diferencia de los combustibles fósiles (como el petróleo), son recursos renovables, ya que se trata de cultivos de plantas destinados al uso como combustibles. Aunque no logran retirar CO₂ de la atmosfera ni reducen emisiones de carbono, evitan el incremento de este en la atmosfera. Por este motivo no llegaría a ser una medida del todo mitigadora, pero mantienen el balance de emisión y captación neutro. El problema es que pueden generar efectos colaterales a nivel social y ambiental, como el incremento de precios de otros cultivos o la deforestación para instaurar estos cultivos, cosa que no debería suceder.

Cultivo de caña de azucar (Saccharum officinarum) en Brasil para producir biocombustible (Imagen de Mariordo).

REFERENCIAS

• Apuntes de Ciencias de la Biosfera, Análisis de la Vegetación y Fisiología Vegetal, Grado de Biología 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