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Botánica

Estrategias subterráneas

Especializaciones en sus raíces les permiten a ciertas plantas vivir en el ambiente infértil de los matorrales de altura

Paisaje típico de matorral de altura en Serra da Canastra

RAFAEL OLIVEIRAPaisaje típico de matorral de altura en Serra da CanastraRAFAEL OLIVEIRA

Cuando partieron para examinar con una mirada botánica la vegetación de Serra do Cabral, en Minas Gerais, el biólogo Rafael Oliveira, de la Universidad de Campinas (Unicamp), y sus alumnos, estaban preparados para las sorpresas. En ese ambiente serrano donde las plantas crecen sobre rocas o en medio de una arena tan blanca que parece sal, que por eso es conocido en Brasil como campo rupestre, es sorprendente que encuentren maneras de sobrevivir. Y lo logran merced a un arsenal de trucos que los científicos están recién ahora empezando a develar. Su variedad también sorprende: un estudio aún no publicado, encabezado por el biólogo Fernando Silveira, de la Universidad Federal de Minas Gerais, estima que existen alrededor de 11 mil especies (una tercera parte de la biodiversidad vegetal brasileña) en un área que no llega al 1% del territorio nacional, salpicada fundamentalmente a lo largo de la formación montañosa conocida como Serra do Espinhaço. “Aún estamos lejos de entender los mecanismos evolutivos que generan y mantienen esa diversidad”, afirma Oliveira, quien participó en el estudio.

De entrada, el equipo de la Unicamp reparó que tan sólo cuatro especies eran comunes en las áreas de arena, un suelo casi desprovisto de agua y nutrientes, y que una de ellas aparecía siempre cerca de una planta distinta, entre otros hallazgos. “Debían contar con algo especial que les hacía posible esa existencia”, recuerda Oliveira. Una de esas soluciones, común en los matorrales de altura, consiste en ser carnívora. La delicada Philcoxia minensis mantiene sus minúsculas hojas pegajosas enterradas en la arena, donde captura y digiere gusanos subterráneos, tal como se muestra artículo publicado en 2012 en PNAS, producto del trabajo de iniciación científica del biólogo Caio Pereira (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 194). Es la primera vez que se detecta la capacidad de consumir animales en una especie de la familia de las plantagináceas, lo que amplía el alcance conocido de esa estrategia. Pero el paisaje escondía otras novedades. Al desenterrar cactus de la especie Discocactus placentiformis, una esfera espinosa que deja expuesta sólo su parte superior, observaron curiosas raíces revestidas con la fina arena. “Aun lavándolas, la arena no sale”, comenta Oliveira.

Rupestres  MAPA_229El trabajo de maestría de Anna Abrahão consistió en investigar qué sustancia liberan esas raíces y que función la misma cumple, y requirió una solución poco ortodoxa: el cultivo hidropónico en el invernadero del Laboratorio de Ecología Funcional de Plantas, coordinado por Oliveira. La idea de mantener las raíces de las plantas que normalmente apenas se riegan sumergidas en agua generó desconfianza entre los colegas, pero era la única manera de controlar la cantidad de nutrientes disponible. “En el suelo, nunca sabemos cuánto le queda disponible a la planta, pues las sustancias forman compuestos difíciles de romper”, explica el biólogo.

Y otra sorpresa: el agua en exceso no constituye un problema, pero, lo que sí, la cantidad de nutrientes es un factor más crítico de lo que imaginaban. En un intento anterior de cultivar plantas de matorrales de altura en laboratorio, Oliveira diluyó por la mitad el fertilizante comercial, teniendo en cuenta la pobreza de nutrientes del ambiente natural en que viven. Todas murieron intoxicadas por el exceso. “Sólo lo logramos cuando el compuesto de nutrientes tenía una décima parte de la concentración original.”

Mediante el artificio de mantener las raíces desenterradas, fue posible visualizar la formación de los conglomerados de pelos radiculares, que secretan sustancias conocidas como carboxilatos y mantienen la arena pegada en ellos. Esos carboxilatos rompen los compuestos de fósforo, aluminio y hierro presentes en la arena, indisponibles para las plantas en ese formato. Así logran absorber el fósforo, esencial en diversas funciones vitales (tales como la fotosíntesis y la construcción del material genético) y escaso en ese suelo formado a partir de cuarzo. “Esa secreción constituye una innovación impresionante”, explica Oliveira. “Manipula el suelo químicamente: otras plantas no lograrían sobrevivir en esas condiciones.”

Neblina: fuente de humedad

RAFAEL OLIVEIRANeblina: fuente de humedadRAFAEL OLIVEIRA

De este modo, las raíces logran movilizar no solo fósforo, sino también otros micronutrientes importantes para el desarrollo y el crecimiento. Esas sustancias son tan raras en esos suelos que llega a ser difícil detectarlas con los métodos habituales. Sin embargo, el manganeso se mostró más común en las hojas de especies con especializaciones en las raíces, a punto tal de constituir un posible indicador de ese tipo de estrategia, de acuerdo con artículo de febrero de este año publicado en Trends in Plant Science.

El experimento con los cactus, cuyos resultados salieron publicados en octubre de 2014 en la revista Oecologia, también mostró que cuando hay más fósforo en el suelo, las raíces responden fabricando menos carboxilatos. “Las plantas tienen una serie de estrategias en una escala muy pequeña, con soluciones adaptativas más diversas de lo que imaginamos”, dice el investigador de la Unicamp.

El descubrimiento de que los Discocactus se valen de ese artificio para obtener nutrientes también fue sorprendente, porque los cactos constituyen una familia conocida por sus asociaciones con hongos en sus raíces, las llamadas micorrizas, que transfieren fósforo a la planta y reciben carbono de ésta. “El editor del artículo creyó que era imposible, ya que es una familia de micorrízica”, recuerda Oliveira. Para éste, se trata de un indicio de cómo el arsenal diverso de las plantas es ignorado en gran escala, sobre todo en las condiciones extremas de los matorrales de altura, cuya fama aún no se ha propagado por el mundo.

Actinocephalus polyanthus

RAFAEL OLIVEIRAActinocephalus polyanthus RAFAEL OLIVEIRA

La investigación de esa región le permitió a Oliveira poner a prueba un modelo teórico desarrollado por el biólogo holandés Hans Lambers, de la Universidad de Australia Occidental. En un artículo publicado en 2008 en la revista Trends in Ecology and Evolution, Lambers demostró que en los suelos antiguos, pobres en nitrógeno y fósforo, las micorrizas no constituyen la estrategia más común. En esos ambientes, el fósforo es una limitación más fuerte que el nitrógeno, al contrario de lo que sucede en suelos más jóvenes. En su lugar, surgirían modificaciones de las raíces tales como aglomerados de pelos y secreción de carboxilatos. Esta sugerencia se basó en estudios realizados en dos regiones con características muy similares a las de los matorrales de altura: los fynbos, en Sudáfrica, y el kwongan, en el sudoeste de Australia. Fascinado con el artículo, Oliveira, quien entonces iniciaba un proyecto destinado a analizar las estrategias de obtención de agua de las plantas de los matorrales de altura, aprovechó para incluir a los nutrientes en sus estudios.

Así fue como logró efectuar la primera prueba de la teoría de Lambers ‒que en ese proceso se enamoró de los matorrales de altura y puso en marcha una colaboración de investigación con el grupo de la Unicamp, donde dictará cursos en el marco de visitas de un mes en el transcurso de los próximos tres años. Un análisis del suelo de Serra do Cabral y de 50 de las especies de plantas más importantes allí indica que los matorrales de altura o campos rupestres brasileños son efectivamente similares a los fynbos y al kwongan en lo atinente a la escasez de nutrientes, sobre todo de fósforo. También en la obtención de nutrientes, que se efectúa más mediante especializaciones de las raíces que por asociación con micorrizas, tal como se muestra en un artículo que constituyó el resultado de la maestría de Hugo Galvão, y salió publicado en New Phytologist en febrero de este año.

Pico das Almas, en el estado de Bahía

RAFAEL OLIVEIRAPico das Almas, en el estado de BahíaRAFAEL OLIVEIRA

Una de las observaciones a cargo de la pasante Ana Luíza Muler durante sus viajes a la sierra de Minas Gerais también redundó en una prueba independiente. Durante una estadía en Australia, Muler estudió dos plantas que suelen vivir cercanas, tal como es el caso de una especie de la familia de las iridáceas que acostumbra asociarse a una siempreviva en Serra do Cabral. En el caso australiano era una Banksia attenuata, cuyas raíces forman conglomerados que liberan carboxilatos y extraen fósforo del suelo, y una Scholtzia involucrata, que no tiene especialización. En un experimento del cual se informa en un artículo de 2014 de Oecologia, Muler mostró que esta segunda planta crece mejor en presencia de otra especie, lo cual sugiere que la misma aprovecha los nutrientes disponibles debido a la alteración química del suelo. Queda aún estudiar con qué frecuencia sucede eso y de qué manera conviven esas plantas distintas.

Los paralelos entre los continentes constituyen un rescoldo de un pasado muy distante en que estuvieron cerca, en el supercontinente Gondwana. Las familias vegetales que protagonizan estos descubrimientos son, en gran medida, representantes de familias que ya existían durante ese período remoto: las proteáceas, cuyas raíces especializadas conocidas en los otros continentes llevaron al grupo de Oliveira a buscar allí semejanzas, y las veloziáceas (canelas-de-ema) y eriocauláceas (siemprevivas), ambas con una diversificación mayor en Brasil que en otros países. Los secretos que éstas esconden en la arena prometen demostrar que los mecanismos conocidos en las selvas tropicales no constituyen la regla, además de poner a los matorrales de altura en la línea de frente de esa nueva comprensión acerca de cómo pueden lidiar las plantas con situaciones extremas.

Proyecto
Cambios climáticos en montañas brasileñas: respuestas funcionales de plantas nativas de matorrales de altura y pastizales de altura en sequías extremas (n.12/07271-7); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Rafael Silva Oliveira (Unicamp); Inversión R$ 569.639,14 (FAPESP).

Artículos científicos
ABRAHÃO, A. et al. Convergence of a specialized root trait in plants from nutrient-impoverished soils: phosphorus-acquisition strategy in a nonmycorrhizal cactus. Oecología. v. 176, n. 2, p. 345-55. out. 2014.
LAMBERS, H. et al. Leaf manganese accumulation and phosphorus-aquisition efficiency. Trends in Plant Science. v. 20, n. 2, p. 83-90. fev. 2015.
MULER, A. L. et al. Does cluster-root activity benefit nutrient uptake and growth of co-existing species? Oecología. v. 174, n. 1, p. 23-31. jan. 2014.
OLIVEIRA, R. S. et al. Mineral nutrition of pastizales de altura plant species on contrasting nutrient-impoverished soil types. New Phytologist. v. 205, n. 3, p. 1183-94. fev. 2015.
PEREIRA, C. G. et al. Underground leaves of Philcoxia trap and digest nematodes. PNAS. v. 109, n. 4, p. 1154-8. 24 jan. 2012.

 

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