Les flors al plat

Tot i que poden formar part de la nostra dieta, les flors són les parts de les plantes més poc considerades en gastronomia. A part d’aportar un toc de color i estètica als nostres àpats, les flors poden enriquir la nostra alimentació amb nutrients i textures diferents. En aquest article parlem sobre les flors més usades en la cuina de diferents cultures i quins beneficis ens poden portar.

MENJAR ARREL, TIJA O FULLA?

Potser no t’has plantejat mai quina part de la planta estàs ingerint quan menges una patata, un enciam, un tomàquet o una pipa però tots els vegetals citats són òrgans diferents de les plantes amb propietats i funcions ben diferenciades. Les patates, pastanagues, moniatos, mandioques i remolatxes són arrels o tubercles i aporten a la nostra dieta molts nutrients. Una de les funcions de les arrels és acumular reserves per al desenvolupament de les fulles i flors, així aquests òrgans constitueixen una gran aport de glúcids amb gran valor energètic i també vitamines. D’altra banda, els vegetals més verds i cruixents de la nostra dieta com són enciams, espinacs i bledes són fulles i la seva funció a la planta és la de fer la fotosíntesi. La seva contribució a la dieta és molt beneficiosa ja que ens aporten un toc fresc, amb molta fibra, vitamines i minerals. Seguint el nostre recorregut per la planta continuem pels fruits, que normalment anomenen fruites però a vegades també se’n diuen verdures com són els tomàquets, carbassons, pebrots, albergínies o llegums. Els fruits incorporen nutrients altament rics al nostre organisme ja que també tenen la funció d’acumular nutrients per a la germinació de les llavors. Contenen fibra, sucres, minerals i un gran aport de vitamines. I per últim, també consumim moltes llavors i fruits secs com són per exemple les pipes, ametlles, anous, pinyons i cacauets. Aquests ens nodreixen amb greixos molt beneficiosos per al nostre organisme i també aminoácids essencials, fibres i vitamines.

Hi ha altres parts de les plantes que consumin amb menys freqüència, tot i que tots els òrgans s’aprofiten! La tija o tronc sol ser una part massa fibrosa i dura per consumir tot i que en algunes plantes s’usa com a espècie, per exemple la canyella (Cinnamomum verum).

I les flors? Quin paper juguen a la nostra dieta? Les parts més efímeres i vistoses de les plantes s’han utilitzat al llarg de la història i les cultures per a alimentar-nos o els seus usos es limiten a l’ornamentació?

MENJAR FLORS

De fet, de manera habitual consumim flors tot i que potser no ens n’adonem. A la dieta mediterrània una de les verdures més apreciades és una flor: la carxofa (Cynara scolymus), una inflorescència  de la qual es consumeixen les bases de les bràctees i el receptacle floral quan encara no és madura. També les tàperes (Capparis spinosa) són botons florals que s’usen curtides en vinagre en l’elaboració de molts plats d’arrel mediterrània. Quan mengen bròcoli o coliflor (Brassica oleracea) també estem menjant les flors inmatures d’aquestes plantes.

Botó floral per a  consumir i flor oberta de la tàpera. Font: PresidenciaRD via Flickr.

Una altra flor molt comuna al mediterrani i que té un gust ben especial és la jonça (Aphyllanthes monspeliensis). Les seves flors són ben dolces i és una delícia menjar-ne mentre passeges pel camp. També les flors del saüc (Sambucus nigra) s’utilitzen a casa nostra per fer uns bunyols dolços deliciosos i ben aromàtics. Les flors de saüc tenen propietats antiinflamatòries, diürètiques i antisèptiques, van bé contra els refredats, la febre i la bronquitis.

En d’altres cultures, les flors s’usen per aromatitzar postres i dolços com és a Iran i Turquia, on s’utilitza l’aigua de roses (Rosa sp.) per confeccionar les famoses delícies turques o lokum.

Delícies turques aromatitzades amb roses. Font: pinterest.

Un altre flor que s’utilitza en infusió és la flor de l’hibisc (Hibiscus sabdariffa). S’usen només els sèpals i normalment se’n fa un té gelat amb propietats  diürètiques molt popular a Jamaica però també habitual a Mèxic o altres països de Centre Amèrica.

Sèpals assecats d’hibisc. Font: Commons Wikimedia.

La flor de la violeta (Viola odorata) també és ben dolça i aromàtica. S’utilitza per fer uns famosos caramels madrilenys que es fabriquen des del 1915 i tenen diverses propietats calmants. També se’n poden fer pastissos, gelees i gelat.

Caramels de violeta típics de Madrid. Font: morenisa.blogspot.com.

Les flors de carbassó (Cucurbita pepo), després de retirar-ne els estams, s’utilitzen a Itàlia per fer unes pizzes ben originals. De manera semblant, a Grècia i Turquia es mengen les flors de carbassa (Cucurbita maxima) farcides o arrebossades i fregides. També s’empreen a Mèxic en l’elaboració de quesadillas.

Pizza de flors de carbassó. Font: Gourmand Asia.

L’ús de flors no és cosa de la cuina moderna, ja grecs i romans n’utilitzaven en amanides, com per exemple la flor de la malva (Malva sylvestris), amb propietats calmants i cicatritzants o en decoccions i infusions per guarir-se. Fins i tot a l’Odissea parlen de l’ús de la flor de lotus (Nelumbo nucifera) a la cuina.

Les flors, a part d’afegir un toc de color, textura i estètica al plat també ens poden aportar contrastos de gustos i és que no sempre les flors són dolces i suaus. Per exemple les flors del blavet (Centaurea cyanus) i la caputxina (Tropaeolum majus), totes dues comestibles, tenen un toc picant i la de la borratja (Borago officinalis) recorda al cogombre i es pot utilitzar en amanides, sopes o begudes. La flor del porradell (Allium schoenoprasum) també s’utilitza sovint i aporta un gust d’all ben especial.

Flor de la caputxina. Font: David Goehring via Flickr.

Flor de la borratja. Font:Commons Wikimedia.

Algunes espècies venen de flors o òrgans de les flors. El safrà (Crocus sativa) és la part femenina (pistil i estigmes) de la flor d’aquesta espècie, que aporta color i gust a la paella i altres plats. El seu cultiu és extremadament delicat i costós: es necessiten 200 mil flors o 600 mil pistils per produir 1 kg de safrà. Espanya n’és el primer productor mundial. El clau d’olor (Syzygium aromaticum), originari d’Indonesia, és de fet el botó floral sec d’aquest arbre que pot arribar a fer 12 m d’alçada. Pel seu olor tant fort, es pot utilitzar com a insecticida  natural fent-ne una infusió amb aigua destil·lada i alcohol.

Flors del safrà amb els seus característics pistils vermells. Font: Pixabay.

Potser no totes les flors que em citat estan a l’abast de la mà però us animem a incorporar flors als vostres plats i aprendre una mica més sobre les plantes tot i gaudint cuinant-les.

REFERÈNCIES

Graziano, X. 2010. Almanaqueo do Campo. Panda Books, Sao Paulo, Brasil.

Nutritional genomics: À la carte menu

When Hipprocrates said “let food be your medicine and medicine be your food” he knew that food influences our health. And it tells us that nutritional genomics, which I will discuss in this article; a new science appeared in the post genomic era as a result of the sequencing of human genome (all DNA sequences that characterize an individual) and the technological advances that allow the analysis of large amounts of complex information.   

WHAT IS NUTRITIONAL GENOMICS?

The aim of nutritional genomics is to study the interactions of genes with elements of the human diet, altering cellular metabolism and generating changes in the metabolic profiles that may be associated with susceptibility and risk of developing diseases.

This study wants to improve the health and to prevent diseases based on changes in nutrition. It is very important not understand nutritional genomics how that specific food or nutrients cause a particular answer to certain genes.

When we talk about diet we have to distinguish between what are nutrients and what are food. Nutrients are compounds that form part of our body, while foods are what we eat. Food can take many nutrients or only one (such as salt).

NUTRIGENOMICS vs. NUTRIGENETICS

Within nutritional genomics we find nutrigenomics and nutrigenetics, but although their names we may seem to mean the same is not the case (Figure 1).

Nutrigenomics is the study of how foods affect our genes, and nutrigenetics is the study of how individual genetic differences can affect the way we respond to nutrients in the foods we eat.

Figure 1. Schematic representation of the difference between nutrigenomics and nutrigenetics (Source: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

NUTRIGENOMICS IN DETAIL

Nutrients can affect metabolic pathways and homeostasis (balance) of our body. If this balance is disturbed chronic diseases or cancer may appear, but it can also happen that a disease, which we have it, be more or less severe. It means that impaired balance can give the appearance, progression or severity of diseases.

The aim of nutrigenomics is that homeostasis is not broken and to discover the optimal diet within a range of nutritional alternatives.

Thus, it avoids alterations in genome, in epigenome and/or in expression of genes.

ALTERATIONS IN GENOME

Free radicals are subproducts that oxidise lipids, proteins or DNA. These can be generated in mitochondria, organelles that we have inside cells and produce energy; but we can also incorporate from external agents (tobacco, alcohol, food, chemicals, radiation).

In adequate amounts they provide us benefits, but too much free radicals are toxic (they can cause death of our cells).

Antioxidants neutralize free radicals. But where can we get these antioxidants? There are foods that contain them, as Table 1 shows.

Table 1. Example of antioxidants and some foods where we can find them (Source: ZonaDiet)

The way we cook food or cooking is important for avoid to generate free radicals. In barbecues, when we put the meat on high heat, fats and meat juices fall causing fire flames. This produces more flame and it generates PAHs (a type of free radicals). These adhere to the surface of the meat and when we eat it can damage our DNA.

ALTERATIONS IN EPIGENOME

Epigenome is the global epigenetic information of an organism, ie, changes in gene expression that are inheritable, but they are not due to a change in DNA sequence.

Epigenetic changes may depend on diet, aging or drugs. These changes would not have to exist lead to diseases as cancer, autoimmune diseases, diabetes…

For example, with hypomethylation, in general, cytosines would have to be methylated are not. What does it mean? Hypomethylation silenced genes and then, they cannot be expressed. Therefore, we need methylated DNA. A way of methylate DNA is eating food rich in folic acid.

ALTERATIONS IN GENE EXPRESSION

There are agents (UV rays) that activate pathways that affect gene expression. Occurring a cascade that activates genes related to cell proliferation, no differentiation of cells and that cells survive when they should die. All this will lead us cancer.

It has been found that there are foods which, by its components, can counteract activation of these pathways, preventing signal transduction is given. For example curcumin (curry), EGCG (green tea) or resveratrol (red wine).

 REFERENCES

• The NCMHD Center of Excellence for Nutritional Genomics
• Michael Müller’s Laboratory
• Documentos TV: La Alimentación del Futuro
• M. Müller, S. Kersten. Nutrigenomics: Goals ans Strategies. Nature Reviews Genetics 2003; 4, 315-322
• J. Kaput, R.L. Rodríguez. Nutritional Genomics: the Next Frontier in the Postgenomic Era. Physiol Genomics 2004; 16, 166-177
• J.M. Ordovas, D. Corella. Nutritional Genomics. Annu Rev Genomics Hum Genet 2004; 5, 71-118
• Portal Antioxidantes
• Main picture: The Pu·rée

Genòmica nutricional: Alimentació a la carta

Quan Hipòcrates va dir “que el teu aliment sigui la teva medicina, i que la teva medicina sigui el teu aliment” ja sabia que l’alimentació té una influència decisiva en la nostra salut. I d’això ens parla la genòmica nutricional, de la qual parlaré en aquest article; una nova ciència apareguda en la era post genòmica, conseqüència de la seqüenciació del genoma humà (totes les seqüències d’ADN que caracteritzen a un individu) i els avenços tecnològics que permeten l’anàlisi de grans quantitats d’informació complexa.

EN QUÈ CONSISTEIX LA GENÒMICA NUTRICIONAL?

L’objectiu de la genòmica nutricional és estudiar les interaccions dels gens amb elements de la dieta humana, modificant el metabolisme cel·lular i generant canvis en els perfils metabòlics que poden estar associats amb la susceptibilitat i risc de desenvolupar malalties.

Aquest estudi vol millorar la salut i prevenir malalties basant-se en canvis en la nutrició. És important no entendre-ho com que els aliments o nutrients específics causen una resposta determinada a certs gens.

Quan parlem de la dieta hem de distingir entre el que són els nutrients i els aliments. Els nutrients són els compostos que formaran part del nostre cos, mentre que els aliments són el que ingerim. Aquests poden portar molts nutrients o només un de sol (com és la sal).

NUTRIGENÒMICA vs. NUTRIGENÈTICA

Dins la genòmica nutricional trobem la nutrigenòmica i la nutrigenètica, però tot i que pel seus noms ens pugui semblar que volen dir el mateix no és així (Figura 1).

La nutrigenòmica estudia com els aliments afecten als nostres gens i a la seva expressió. En canvi, la nutrigenètica estudia com els polimorfismes genètics condicionen com un mateix reacciona davant dels aliments.

Figura 1. Representació esquemàtica de la diferència entre nutrigenòmica i nutrigenètica (Font: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

LA NUTRIGENÒMICA EN DETALL

Els nutrients poden afectar a les vies metabòliques i a la homeòstasi (equilibri) del nostre cos. Si s’altera aquest equilibri poden aparèixer malalties cròniques o càncer, però també pot passar que una malaltia que ja tinguem sigui més o menys greu. És a dir, l’alteració de l’equilibri pot donar a l’aparició, progressió o gravetat de malalties.

L’objectiu de la nutrigenòmica és que no es trenqui la homeòstasi i descobrir la dieta òptima dins una sèrie d’alternatives nutricionals.

Així doncs evitarà alteracions en el genoma, en l’epigenoma i/o en l’expressió dels gens.

ALTERACIONS EN EL GENOMA

Els radicals lliures són subproductes que oxiden lípids, proteïnes o ADN. Aquests es poden generar als mitocondris, uns orgànuls que tenim dins les cèl·lules i produeixen energia; però també en podem incorporar per agents externs (tabac, alcohol, alimentació, productes químics, radiació).

En quantitats adequades ens aporten beneficis, però en excés són tòxics (poden produir la mort de les nostres cèl·lules).

Els antioxidants neutralitzen els radicals lliures. Però d’on podem aconseguir aquests antioxidants? Hi ha aliments que els contenen, com ens mostra la Taula 1.

Taula 1. Exemple d’antioxidants i d’alguns aliments on els podem trobar (Font: ZonaDiet)

La manera com cuinem els aliments o la seva cocció és important perquè no se’ns generin radicals lliures. En les barbacoes, al posar la carn en foc viu, els greixos i sucs de la carn cauen al foc causant flames. Això produeix més flama i es generen PAH (un tipus de radicals lliures). Aquests s’adhereixen a la superfície de la carn i al menjar-nos-la ens pot provocar dany al nostre ADN.

ALTERACIONS EN L’EPIGENOMA

L’epigenoma és la informació epigenètica global d’un organisme, és a dir, els canvis en l’expressió dels gens que són heretables, però que no són deguts a un canvi en la seqüència de l’ADN.

Els canvis epigenètics poden dependre de la dieta, envelliment o fàrmacs. El fet que es produeixin canvis que no hi haurien de ser donen lloc a malalties com càncer, malalties autoimmunes, diabetis…

Per exemple, quan tenim hipometilació, en general, les citosines que hauríem de tenir metilades no ho estan. Què significa això? La hipometilació fa que els gens es silenciïn i no es puguin expressar. Per tant, necessitem que l’ADN estigui metilat. Una forma de metilar-lo és amb aliments rics en àcid fòlic.

ALTERACIONS EN L’EXPRESSIÓ GÈNICA

Hi ha agents, com els raigs UV, que activen vies que afecten l’expressió gènica. Es produeix una cascada que activa gens relacionats amb la proliferació cel·lular, no diferenciació de les cèl·lules i que les cèl·lules sobrevisquin quan haurien de morir. Tot això ens provocarà càncer.

S’ha vist que hi ha aliments que, pels seus components, poden contrarestar l’activació d’aquestes vies, impedint que la transducció de senyals es doni. En són exemple la curcumina (curri), EGCG (te verd) o resveratrol (vi negre).

REFERÈNCIES

• The NCMHD Center of Excellence for Nutritional Genomics
• Michael Müller’s Laboratory
• Documentos TV: La Alimentación del Futuro
• M. Müller, S. Kersten. Nutrigenomics: Goals ans Strategies. Nature Reviews Genetics 2003; 4, 315-322
• J. Kaput, R.L. Rodríguez. Nutritional Genomics: the Next Frontier in the Postgenomic Era. Physiol Genomics 2004; 16, 166-177
• J.M. Ordovas, D. Corella. Nutritional Genomics. Annu Rev Genomics Hum Genet 2004; 5, 71-118
• Portal Antioxidantes
• Foto portada: The Pu·rée

Carnivorous plants

The carnivorism is a nutrition style associated to animals, to the world of heterotrophs. But it has been seen that there are plants that are also able to feed on other organisms. They are called carnivorous plants and their strategies to capture dams are very different and curious.

WHAT IS A CARNIVOROUS PLANT?

A carnivorous plants , even being autotroph, get part of their nutritional supplement by feeding on animals, especially insects.

There are three basic requirements that  carnivorous plants must comply:

• they must be able to attract, capture and kill the preys. To get their attention, they usually show reddish coloration and secrete nectar. Morphological and anatomical adaptations for retaining and killing the preys such as traps are used.
• Digestion and absorbance of the nutrients releasedby the damn .
• And finally, it has to draw significant benefit from the process.

Venus flytrap (Dionaea muscipula) (Author: Jason).

WHERE DO THEY LIVE?

Carnivorous plants are  not competitive in normal environments and tend to have a small root system, they need this specialization to allow them to grow faster. They are usually found in low mineralization soils, but with a high concentration of organic matter, sunny areas (as they still perform photosynthesis) and with  a high humidity.

Normally they are also calcifuges, i.e., they are not well adapted to alkaline soils and prefer acidic environments, where the source of calcium comes from the prey. They tend to inhabit soils with low oxygen and  saturated in water in a reducing environment. Some are aquatic and live either floating or submerged, but always near the surface.

TRAPS AND EXAMPLES

The capture system is quite diverse, but can be classified according to whether there is movement or not. We consider active strategies for those plants having mechanical or suction movements. Semi-active strategies which present mucilaginous glands and have movement and finally, passive ones, with no motion for prey capture. They can present mucilaginous glands or pitfall traps. Somes amples are given below.

ACTIVE TRAPS

Venus flytrap

In the case of this plant, the traps are mechanical and they are formed by two valves joined by a central axis. These valves are the result of non photosynthetic leave transformations. The stem acts as a petiole and performs photosynthesis, for this reason, it is thickened, increasing its surface and facilitating the process. Furthermore, the valves have nectar glands to attract preys and its perimeter is surrounded by teeth which help the capture, as when the trap is closed, the teeth overlay perfectly avoiding the animal’s escape..

But, what mechanism drives the closing? There’s a gigh number of triggers hairs inside the valves. When the dam is located on the trap and makes the trigger hairs move twice or more in less than 20 seconds, the valves close immediately.

In this vídeos From the BBC one (Youtube Channel: BBC) we can observe the whole process.

Utricularia, the bladderwort

This plant lives submerged near the surface and is known as the bladderwort, because it has bladder-like traps. The bladders are characterized for having sensitive hairs that activate the suction mechanism of the dam. Then, the bladder generates a very strong internal pressure that sucks water in, dragging the animal to the trap. It’s volume can increase up to 40% when water enters.

In the following video we can see the bladderwort trapping a tadpole of cane toad (Youtube Channel: Philip Stoddard):

SEMIACTIVE TRAPS

When I caught you, you won’t be able to escape

The presence of stalked mucilaginous glands is not unique in the carnivorous plant world, many plants use them as a defence or to prevent water loss. But, some carnivorous plants they are used to capture animals, as the sundews (Drosera) does.

The glands presents on the leaves of the sundews are formed by a stalk and an apical cell that releases mucilage. This substance attracts preys by its smell and taste. When the dam is located on the leaves, some drops of mucilage join each other to form a viscous mass that will cover all the prey, preventing its escape. We note that the glands have some mobility and move themselves to get in contact with the prey. Also, as a result, the leaf wrappes, facilitating the subsequent digestion.

The following video shows the operation of this mechanism (Youtube Channel: TheShopofHorrors):

PASSIVE TRAPS

Don’t get to sticky! 

The Drosophyllum‘s case is very similar to the previous one, but this time the stalked mucilaginous glands don’t have mobility and, therefore, the leaf doesn’t have either. The insect gets caught just because it is hooked on it’s sticky trap and cannot escape.

Insects trapped by Drosophyllum‘s stalked mucilaginous glands  (Author: incidencematrix).

Carefull not to fall!

Finally, we see the passive pitfall traps. They sometimes have a lid that protects them from an excess wàter getting in, even though it isn’t a part of the trap mechanism. The pitfall traps can be formed by the leaf itself or by an additional structure that is originated from an extension of the midrib (the tendril). The tendril lowers to ground level and then forms the trap.

Nepenthes (Author: Nico Nelson).

Dams are attracted to these traps due to nectar glands located inside. Once inside, going out is very complicated!  Walls may be viscous,  have downwardly inclined hairs that hinder to escape or present translucent spots that suggest the prey that there’s an exit, acting like windows , confusing and exhausting the prey, making it fall to the bottom, where it will drown. Other species also release substances that stun the preys, preventing them from running away.

Heliamphora (Author: Brian Gratwicke).

In some cases, large animals have fallen into these traps, though it is considered more as an effect of “bad-luck” than the plants supposed diet, though some traps measure up to 20cm long.

REFERENCES

• Notes of Environmental Plant Physiology, Degree of Environmental Biology, UAB.
• International Carnivorous Plant Society – http://www.carnivorousplants.org

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

The plants and the climate change

Since a few years ago, we have heard about the climate change. Nowadays, it is already evident and also a concern. This not only affects to us, the humans, but to all kind of life. It has been talked enough about the global warming, but perhaps, what happens to the vegetation has not been much diffused. There are many things affected by climate change and vegetation is also one of them. In addition, the changes in this also affect us. But, what are these changes? how can the vegetation regulate them? And how we can help to mitigate them through plants?

CHANGES ON PLANTS

Biomes distribution

In general, due to climate change, an increase of precipitations in some parts of the world are expected, while in others a decrease is awaited. A global temperature increment is also denoted. This leads to an alteration in the location of the biomes, large units of vegetation (e.g.: savannas, tropical forests, tundras, etc.).

Biome triangle classified by latitude, altitude and humidity (Author: Peter Halasaz).

On the other hand, there is an upward trend in the distribution of species in the high latitudes and a detriment in the lower latitudes. This has serious associated problems; the change in the species distribution affects their conservation and genetic diversity. Consequently, the marginal populations in lower latitudes, which have been considered very important for the long-term conservation of genetic diversity and due their evolutionary potential, are threatened by this diversity loss. And conversely, the populations in high latitudes would be affected by the arrival of other competing species that could displace those already present, being as invasive.

Species distribution

Within the scenario of climate change, species have some ability to adjust their distribution and to adapt to this.

But, what type of species may be responding more quickly to this change? It appears that those with a faster life cycle and a higher dispersion capacity will be showing more adaptability and a better response. This could lead to a loss of some plants with slower rates.

The Purple milk Thistle (Galactites tomentosa) is a plant with a fast life cycle and high distribution capacity  (Author: Ghislain118).

One factor that facilitates adjustment in the distribution is the presence of wildlife corridors: these are parts of the geographical area that enable connectivity and movement of species from one population to another. They are important because they prevent that some species can remain isolated and because they can also allow the movement to new regions.

Another factor is the altitudinal gradient, which provides shelter for many species, facilitates the presence of wildlife corridors and permits redistribution of species along altitude. Therefore, in those territories where there is greater altitudinal range, the conservation is favored.

In short, the ability of species to cope with climate change depends on the plant characteristics and the territory attributes. And, conversely, the species vulnerability to climate change occurs when the speed to displace their distribution or adapt their lives is less than the climate change velocity.

At internal level

Climate change also affects the plant as an organism, as it causes changes in their metabolism and phenology (periodic or seasonal rhythms of the plant).

One of the effects that pushes the climate change is the carbon dioxide (CO₂) concentration increase in the atmosphere. This could produce a fertilization phenomenon of vegetation. Due the CO₂ increase in the atmosphere it also increases the uptake by plants, thus increasing the photosynthesis and allowing greater assimilation. But, this is not all advantages, because for this an important water loss occurs due that the stomata (structures that allow gas exchange and transpiration) remain open long time to incorporate CO₂. So, there are opposing effects and fertilization will depend on the plant itself, but the local climate will also determine this process. Many studies have shown that various plants react differently to the CO₂ increase, since the compound affects various physiological processes and therefore there are not unique responses. Then, we find a factor that alters the plant metabolism and we cannot predict what will be the effects. Furthermore, this fertilizer effect is limited by the nutrients amount and without them production slows.

Photosynthesis process (Author: At09kg).

On the other hand, we must not forget that climate change also alters the weather and that this affects the vegetation growth and its phenology. This can have even an impact on a global scale; for example, could produce an imbalance in the production of cultivated plants for food.

PLANTS AS CLIMATE REGULATORS

Although one cannot speak of plants as regulators of global climate, it is clear that there is a relationship between climate and vegetation. However, this relationship is somewhat complicated because the vegetation has both effects of cooling and heating the weather.

The vegetation decreases the albedo; dark colours absorb more solar radiation and, in consequence, less sunlight is reflected outward. And besides, as the plants surface is usually rough, the absorption is increased. Consequently, if there is more vegetation, local temperature (transmitted heat) intensifies.

But, on the other hand, by increasing vegetation there is more evapotranspiration (set of water evaporation from a surface and transpiration through the plant). So, the heat is spent on passing the liquid water to gas, leading to a cooling effect. In addition, evapotranspiration also helps increase local rainfall.

Biophysical effects of different land uses and its consequences on the local climate. (From Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Therefore, it is an ambiguous process and in certain environments the cooling effect outweighs, while in others the heating effect has more relevance.

MITIGATION

Nowadays, there are several proposals to reduce climate change, but, in which way can the plants cooperate?

Plant communities can act as a sinks, carbon reservoirs, because through CO₂ assimilation, they help to offset carbon emissions. Proper management of agricultural and forest ecosystems can stimulate capture and storage of carbon. On the other hand, if deforestation were reduced and protection of natural habitats and forests increased, emissions would be diminished and this would stimulate the sink effect. Still, there is a risk that these carbon sinks may become emission sources; for example, due to fire.

Finally, we must introduce biofuels: these, unlike fossil fuels (e.g. petroleum), are renewable resources, since they are cultivated plants for use as fuels. Although they fail to remove CO₂ from the atmosphere or reduce carbon emissions, they get to avoid this increase in the atmosphere. For this reason, they may not become a strict mitigation measure, but they can keep neutral balance of uptake and release. The problem is that they can lead to side effects on social and environmental level, such as increased prices for other crops or stimulate deforestation to establish these biofuel crops, what should not happen.

Sugarcane crop (Saccharum officinarum) in Brazil to produce biofuel (Author: Mariordo).

REFERENCES

• Notes of Plant Physiology, Science of the Biosphere and Analysis of vegetation, Degree of Environmental Biology, 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

 

Comunicació entre plantes: relacions al·lelopàtiques

Com sempre s’ha dit, les plantes no saben parlar, però que no parlin no vol dir que no es comuniquin entre elles. Fa relativament pocs anys, durant el període 1930-40, es va veure que les plantes també transmetien certs estímuls cap a d’altres. Però, quin tipus de comunicació hi ha entre elles? Quines són les seves paraules i com les pronuncien? I què comporta la seva interacció?

INTRODUCCIÓ

Al 1937, Molisch va introduir el terme al·lelopatia fent referència a les dues paraules del llatí “Allelon” i “Pathos”, que volen dir “d’un altre” i “patiment”, respectivament. Però, el significat actual d’aquesta paraula va ser determinat per Rice al 1984. Ara per al·lelopatia s’entén qualsevol efecte que una planta transmet a una altre de forma directe o indirecta a través de la producció de diferents compostos del metabolisme, ja sigui causant un efecte positiu o negatiu sobre l’altre planta. Aquests compostos són els anomenats al·leloquímics.

La planta allibera els al·leloquímics al medi, però no els dirigeix directament a la zona d’acció, per tant és un mecanisme passiu. Per a que la interacció al·lelopàtica sigui efectiva cal que aquestes substàncies es distribueixen pel sòl o l’aire i que arribin a l’altre planta. Un cop dins la planta receptora, aquesta pot tenir mecanismes de defensa i degradació dels compostos, evitant l’efecte, o pel contrari es produirà un efecte patològic.

Al·lelopatia (Imatge adaptada de OpenClips)

VIES D’ALLIBERAMENT

L’alliberació dels al·leloquímics pot ser per 4 vies principals:

• Lixiviació: la part aèria de la planta deixa anar substancies per rentat, per la pluja, i aquestes cauen sobre altres plantes o sobre el sòl. Per tant, pot ser d’efecte directe o indirecte segons si cau a sobre de la planta o no, tot i que en un principi indirecta.
• Descomposició: es tracta de les restes que la planta deixa anar al sòl, on es descomponen per efecte dels microorganismes, els quals ajuden a alliberar els compostos. Pot ser des de fulles fins a branques o arrels. Les substàncies que es troben aquí poden estar inactivades fins que entrin en contacte amb la humitat o amb els microorganismes o bé poden ser actives y tornar-se inactives per l’activitat microbiana o quedar retingudes al sòl. És una via indirecta i és per la qual s’alliberen més components al medi.
• Volatilització: les substancies s’alliberen pels estomes (estructures que permeten l’intercanvi de gasos i la transpiració). Aquestes són volàtils i hidrosolubles, per tant es poden absorbir pels estomes d’altres plantes o bé ser dissoltes al medi. Sovint les plantes que utilitzen aquestes vies són de climes temperats i càlids. Es considera una via directa.
• Exsudació radicular: són les substàncies que les plantes alliberen per les arrels vives de forma directa i són compostos de tots tipus. Aquest sistema d’exsudació depèn sobretot de l’estat de les arrels, del seu sistema radicular i de si aquestes es troben en creixement o no.

Les 4 vies principals de d’alliberació dels al·leloquímics: volatilització (V), lixiviació (L), descomposició (D) i exsudació radicular (E). (Imatge adaptada de OpenClips)

FACTORS REGULADORS

Els factors que influencien en l’alliberació d’al·leloquímics són normalment abiòtics, com l’elevada radiació de llum, la falta d’humitat, un pH inadequat, la llum ultraviolada, la temperatura, la falta de nutrients, la pol·lució o la contaminació (inclosos els pesticides). Com més estrès provoquin aquests factors a la planta, més compostos d’aquests alliberarà de rutes metabòliques secundàries.

• Això és important a nivell d’investigació i farmàcia: per a la generació d’olis rellevants moltes plantes es cultiven en condicions d’estrès, ja que és gracies a la producció d’aquests metabòlics secundaris que aconsegueixen sobreviure.

Després actuen també factors biòtics, com insectes, herbívors o la competència amb altres espècies de plantes. Aquests activen les defenses de la planta, la qual pot secretar substàncies amargues, que endureixen els teixits, que són tòxiques o que desprenen olors desagradables, etc.

Finalment, cada planta té el seu genoma i això farà que sintetitzi unes substàncies o altres. Tot i que també vindran determinades per l’estat fenològic (etapes de la vida) com pel desenvolupament (si la mida del individu és més gran, podrà alliberar-ne més).

MODE D’ACCIÓ

Els al·leloquímics són molt diversos i per tant és molt difícil d’establir un model general d’acció; ja que depèn del tipus de compost, de les plantes receptores i de com actua aquest.

Quan parlem d’actuació a nivell intern, els al·leloquímics poden actuar sobre un gran ventall de paràmetres fisiològics. Tenen acció sobre la membrana cel·lular, alteren l’activitat de diferents enzims o de proteïnes estructurals o alteren el balanç hormonal. També poden inhibir o reduir la respiració cel·lular o la síntesi de clorofil·la, el que genera una reducció en la vitalitat, el creixement i el desenvolupament general de la planta. A més a més, aquestes substàncies també poden reduir la germinació de llavors o el desenvolupament de plàntules, o afectar a la divisió cel·lular, a la germinació del pol·len, etc.

D’altra banda, a nivell extern, els al·leloquímics poden estar relacionats amb l’alliberació o limitació de nutrients retinguts al sòl. D’altres actuen sobre els microorganismes, el que comporta una afecció sobre les relacions simbiòtiques que aquests estableixen. A més, aquestes substàncies tenen una gran importància sobre la successió de generacions, ja que determinen certes tendències de competència i actuen sobre l’ecologia de l’hàbitat. Tot i així, es tracta d’una competència successiva, ja que no es competeix directament pels recursos principals.

EXEMPLES

Un dels al·leloquímics més coneguts és la juglona, produït per la noguera negra de l’est (Juglans nigra). Aquest, un cop s’allibera al sòl, pot inhibir molt el creixement d’altres plantes al voltant de la noguera. Això permet a l’organisme emissor disposar de més recursos, evitant la competència.

Noguera negra de l’est (Juglans nigra) (Foto de Hans Braxmeier)

Un cas ben curiós és el de les acàcies (Acacia). Aquestes plantes sintetitzen un alcaloide tòxic que migra a les fulles quan l’organisme és atacat per un herbívor. La toxicitat d’aquesta substància és elevada, ja que fa mal al contacte i també amb la ingestió, arribant a ser mortal fins i tot per als grans herbívors. A més, aquest alcaloide és volàtil i és transferit per l’aire cap a altres acàcies properes, funcionant com una alarma. Quan les acàcies properes reben aquesta senyal, segreguen a les seves fulles el component tòxic fent que aquestes es tornin més fosques. Tot i així, l’efecte és temporal. Això fa que animals com les girafes s’hagin de desplaçar constantment per menjar unes poques fulles de cada acàcia, i sempre en direcció contraria al vent, per tal d’evitar la toxicitat.

Acàcies (Acacia) (Foto de Sarangib)

REFERÈNCIES

• A. Aguilella & F. Puche. 2004. Diccionari de botànica. Col·leció Educació. Material. Universitat de València: pp. 500.

• A. Macías, D. Marín, A. Oliveros-Bastidas, R.M. Varela, A.M. Simonet, C. Carrera & J.M.G. Molinillo. 2003. Alelopathy as a new strategy for sustainable ecosystems development. Biological Sciences in Space 17 (1).
• J. Ferguson, B. Rathinasabapathi & C. A. Chase. 2013. Allelopathy: How plants suppresss other plants. University of Florida, IFAS Extension HS944
• Apunts de Fanerògames, Fisiologia Vegetal Aplicada i Anàlisi de la Vegetació, Grau de Biologia Ambiental, UAB.

Communication among plants: allelopathy

As always have been said, plants are unable to speak. But, even if they don’t speak, this does not mean they do not communicate with each other. Relatively few years ago, during the period from 1930 to 1940, it was discovered that plants also transmit certain stimuli to others. But, what kind of communication exist among them? What are their words and how are pronounced? And what involves this interaction?

INTRODUCTION

In 1937, Molisch introduced the term allelopathy referring to the two Latin words “Allelon” and “Pathos”, which mean “another” and “suffering”, respectively. But, the actual meaning of the word was determined by Rice in 1984. Allelopathy now means any effect that a plant transmits to another directly or indirectly through production of different metabolism compounds, causing either a positive or negative effect on the other organism. These compounds are called allelochemicals.

The allelochemicals are released on the environment by plants. But, they are not directly aimed to the action site, thus it is a passive mechanism. To be effective, allelopathic interaction needs that these substances are distributed along the ground or the air and that they reach the other plant. Once inside the recipient plant, this one may have defense and degradation mechanisms of the compounds while avoiding the effect, or conversely, it will suffer a pathological effect.

Allelopathy (Adapted image of OpenClips)

ROUTES OF RELEASE

The release of allelochemicals can be 4 main ways:

• Leaching: the aerial part of the plant lets go substances by rain effect. Then, they can fall on other plants or on the ground. Therefore, it can be direct or indirect effect, depending on whether they falls on another plant or not. Although, in principle, it is considered indirect.
• Decomposition: the plants drop their leftovers on the ground, where they decomposed under the microorganisms action, which help the release of the compounds. The plant leftovers range from leaves to branches or roots. The substances found there may be inactive until coming into contact with moisture or microorganisms, or can be active and then be inactivated by the microorganisms activity or by being retained on the ground. So, it is an indirect way. The decomposition is very important because the most of allelochemicals are released this way.
• Volatilization: the substances are released by the stomata (structures that allow the exchange of gas and transpiration). These are volatile and water-soluble, thus can be absorbed by other plant’s stomata or be dissolved in water. Commonly, plants using these pathways occur in temperate and warm climates. It is considered a direct route.
• Exudation: the plants can also release allelochemicals directly by live roots. The exudation system depends especially of roots state, of the kind of roots and of their growing level (if they are growing or not).

The 4 main pathways of allelochemical releasing: volatilization (V), leaching (L), descomposition (D) and root exudation (E). (Adapted image of OpenClips)

REGULATORY FACTORS

Factors influencing the release of allelochemicals are normally abiotic, such as high radiation, low humidity, unsuitable pH, ultraviolet light, temperature, nutrient deficiency, pollution or contamination (including pesticides ). The higher is the stress caused by this factors to the plant, highest is the allelochemicals amount released from secondary metabolic routes.

• This is important for research and pharmacy: for generating relevant oils many plants are grown under stressful conditions, as it is thanks to the production of these secondary metabolites that they can survive.

Furthermore, biotic factors also take part, such as insects, herbivores or competition with other plant species. These activate the plant defenses and then the organism is stimulated to secrete bitter substances, or substances that harden the tissues, that are toxic or give off unpleasant odors, etc.

Finally, each plant has its own genome and this makes synthesize those or other substances. But, they are also determined by the phenology (life stages) and the development (if the size of the plant is bigger, it can release more allelochemicals).

ACTION MODE

The allelochemicals are very diverse and, therefore, it’s difficult to establish a general action model; since it depends on the compound type, the receiving plants and how it acts.

When we talk about how the allelochemicals can act at internal level, there is a large number of physiological parameters that can be affected. They have action on the cellular membrane, disrupt the activity of different enzymes or structural proteins or alter hormonal balance. They can also inhibit or reduce cellular respiration and chlorophyll synthesis, leading to a reduction in vitality, growth and overall development of the plant. Furthermore, these substances can also reduce seed germination or seedling development, or affect cell division, pollen germination, etc.

On the other hand, at external level, the allelochemicals may be related to the release or limitation of nutrients that are found in the soil. Others act on microorganisms, leading to a perturbation on the symbiotic relationships they establish. In addition, these substances have great importance into the generations succession, as they determine certain competition tendencies and also act on the habitat ecology. Even so, it is a successive competition, as they do not directly compete to obtain the main resources.

EXAMPLES

One of the best known allelochemicals is the juglone, produced by the Eastern black walnut (Juglans nigra). Juglone, once released to soil, can inhibit the other plants growth around the tree. This allows the issuing organism to get more resources, avoiding competition.

Eastern black walnut  (Juglans nigra) (Photo taken by Hans Braxmeier)

A very curious case is that of the acacias (Acacia). These plants synthesize a toxic alkaloid that migrates to the leaves when the body is attacked by a herbivore. This substance’s toxicity is high, because it damages with the contact and ingestion, becoming deadly even for large herbivores.In addition, this alkaloid is volatile and transferred by air to other nearby acacias, acting as an alarm. When the other acacias receive this signal, this component is segregated to leaves, making them darker. Even so, the effect is temporary. This makes animals like giraffes have to constantly move to eat a few leaves of each acacia, and always against the wind, to avoid toxicity.

Acacias (Acacia) (Photo taken by Sarangib)

REFERENCES

• A. Aguilella & F. Puche. 2004. Diccionari de botànica. Col·leció Educació. Material. Universitat de València: pp. 500.

• A. Macías, D. Marín, A. Oliveros-Bastidas, R.M. Varela, A.M. Simonet, C. Carrera & J.M.G. Molinillo. 2003. Alelopathy as a new strategy for sustainable ecosystems development. Biological Sciences in Space 17 (1).
• J. Ferguson, B. Rathinasabapathi & C. A. Chase. 2013. Allelopathy: How plants suppresss other plants. University of Florida, IFAS Extension HS944
• Notes of Phanerogamae, Applied Plant Physiology and Analisi of vegetation, Degree of Environmental Biology, UAB