Las orquídeas son conocidas por sus variedades grandes y vistosas que ocupan lugares destacados en las florerías. Pero las primeras especies tenían flores pequeñas y discretas, similares a las del tomate, y crecían a ras del suelo, a la sombra de los pinares del hemisferio norte. Se adaptaron a prácticamente la totalidad de los ambientes, con excepción de los desiertos y los polos helados y, en los últimos 5 millones de años, se diversificaron adoptando formas variopintas, sobre todo en las regiones tropicales, según muestra un estudio publicado en abril en la revista científica New Phytologist.
Un equipo internacional, dirigido por investigadores del Real Jardín Botánico de Kew, en Londres e integrado por 46 colegas de 33 instituciones en 16 países, entre ellas las universidades Estadual de Feira de Santana (Uefs) y Federal de Paraná (UFPR), en Brasil, elaboró un nuevo árbol genealógico de este grupo de plantas a partir del análisis de 353 tramos de ADN. El material fue extraído de 1.921 especies, que representan el 38 % de los géneros de la familia: una muestra 12 veces mayor que la de estudios anteriores.
“Las orquídeas habrían surgido en el antiguo continente de Laurasia, y no en Australia, como se pensaba”, dice el botánico colombiano Oscar Pérez-Escobar, de Kew, uno de los coordinadores del trabajo. Ese continente septentrional se formó hace unos 130 millones de años, al fragmentarse el supercontinente Pangea, que también dio origen a Gondwana, ubicado en la región meridional. Hace 46 millones de años, Laurasia se dividió en América del Norte, Europa y Asia, generando distintos linajes de seres vivos, entre ellos las orquídeas.
En los últimos 3 millones de años, la colisión de las placas tectónicas llevó al alzamiento de la cordillera de Talamanca, en América Central, a razón de aproximadamente 1 kilómetro cada millón de años hasta alcanzar una altitud de unos 3.800 metros. Las nuevas cadenas montañosas aislaron poblaciones que, al adaptarse a los nuevos ambientes, se diferenciaron rápidamente en nuevas especies.
Con olores que varían entre frutal, jazmín y chocolate, o incluso fétidos, en las especies que atraen a las moscas polinizadoras, las orquídeas se han convertido en la segunda mayor familia de plantas, con casi 30.000 especies, el 9 % de todas las plantas con flores. Asumen formas de lo más diversas, desde la orquídea gigante (Grammatophyllum speciosum), cuyas ramas florecidas alcanzan los 2 metros (m) de altura, hasta la pequeña y rara Pogoniopsis schenckii, del Bosque Atlántico, cuyas hojas son blancas, dado que carecen de clorofila: la planta no realiza fotosíntesis y sobrevive gracias a los hongos.
Oscar Pérez-Escobar/KEWEpidendrum wrightii, Lepanthes cassicula, Dichaea trichocarpa y Dichaea graminoides, que también puede encontrarse en SudaméricaOscar Pérez-Escobar/KEW
Aproximadamente un 90 % de ellas crece sobre las ramas o troncos de los árboles de las selvas tropicales. A este tipo de plantas se las denomina epífitas y, al igual que las bromeliáceas y los helechos, viven sobre otras plantas, pero no succionan la savia de sus anfitrionas. Proliferan sobre todo en las regiones montañosas, donde las lluvias son más abundantes. Según Pérez-Escobar, pueden llegar a hallarse 10 tipos distintos de orquídeas en un mismo árbol, cada una adaptada a un ambiente determinado o una parte específica de su hospedador, como el tronco o la copa.
En proporción a su extensión, Centroamérica es la región con la mayor diversidad de orquídeas: con el 0,5 % del territorio mundial, concentra el 4,5 % de las especies del grupo, especialmente en Costa Rica y Panamá que, en conjunto, suman al menos 2.900 especies conocidas. Otros países, como Colombia y Ecuador (con unas 4.200 especies cada uno), los superan en número, pero poseen un territorio mayor y la diversificación allí ha sido más lenta: la cordillera de los Andes se formó en los últimos 15 millones de años.
En Brasil, alrededor de un 60 % de las 2.300 especies de orquídeas se concentra en el Bosque Atlántico de la Serra do Mar, desde Rio Grande do Sul hasta el sur de Bahía. Sin embargo, los estudios indican que la diversificación más rápida ocurrió en el Cerrado. “Este es un bioma más reciente, en el que la mayoría de los linajes vegetales se diversificaron hace menos de 4 millones de años”, subraya el ingeniero agrónomo Cássio van den Berg, de la Uefs, uno de los autores del artículo. Especies como Cyrtopodium cardiochilum, que soportan extensos períodos de sequía, florecen poco después de los periódicos incendios naturales que se producen en ese ambiente, salpicando las cenizas con pequeñas flores amarillas.
“El equipo llevó a cabo un análisis exhaustivo de la evolución de las orquídeas con base en un muestreo más amplio que el de otros trabajos”, pondera el biólogo Edlley Pessoa, de la Universidad Federal de Mato Grosso (UFMT), quien no participó en el estudio. Sin embargo, según él, la muestra examinada tiene más plantas de América Central y pocas de zonas no forestales, como las del Cerrado y la sabana africana, lo que introduciría un sesgo en el análisis. “Con muestras aún mayores las conclusiones podrían cambiar”, sugiere.
Anonimous Pug / Inaturalist | Jean-Paul BoerekampsLinajes antiguos de plantas con flores: la acuática Nymphaea nouchali y la orquídea Apostasia wallichiiAnonimous Pug / Inaturalist | Jean-Paul Boerekamps
Según Pessoa, otro reto para entender la historia evolutiva de las orquídeas radica en el hecho de que sus estructuras son delicadas, por lo que estas plantas han dejado escasos fósiles que aporten pistas sobre la época o el entorno en que vivieron, que podrían indicar la trayectoria evolutiva de los distintos linajes actuales hasta afianzarse en la región donde hoy en día prosperan.
Hasta ahora, la mayoría de los estudios genéticos de las plantas se basaban en el ADN de las estructuras celulares llamadas cloroplastos, donde tiene lugar la fotosíntesis. Como solamente contienen material genético de la planta madre, los científicos no podían estar seguros de que las filogenias fueran correctas, pero el estudio confirmó las principales relaciones evolutivas y depuró las de los grupos menores. Los investigadores utilizaron nanopartículas magnéticas para extraer el ADN del núcleo de las células vegetales y desarrollaron un protocolo para pescar y secuenciar cientos de fragmentos específicos.
Los autores del estudio sostienen que cuanto mayor es el número de genes analizados, más detallado es el árbol genealógico de las especies, lo que permite ampliar tanto el conocimiento sobre la ecología y la distribución geográfica de las plantas, como su respuesta a los cambios climáticos a lo largo de su historia evolutiva.
“En seis años podremos secuenciar el genoma completo de un gran número de especies”, apunta Berg. No obstante, opina, el mayor desafío será obtener muestras de individuos vivos que proporcionen el ADN completo. En 2004 identificó a Adamantinia miltonioides, una especie de alta montaña que representa una rama aislada entre las orquídeas. “Con el calentamiento global, especies como estas podrían extinguirse, lo que acarrearía la desaparición de información importante sobre la evolución de la flora”, advierte.
Christian Fischer | Mike PrinceLa angiosperma de mayor tamaño, la hedionda Rafflesia keithii (al lado), y la más pequeña, la lenteja de agua Wolffia arrhizaChristian Fischer | Mike Prince
El estudio de las orquídeas forma parte de un esfuerzo mundial liderado por los investigadores del Real Jardín Botánico de Kew para pulir el árbol genealógico de las 416 familias de plantas con flores, las angiospermas. Los investigadores han constatado que el 80 % de los linajes modernos, incluidas las orquídeas, hicieron eclosión en forma repentina hace unos 150 millones de años, entre los períodos Jurásico y Cretácico, según un artículo publicado en abril en la revista científica Nature.
“Este evento no tiene parangón en la evolución de las plantas y ha dado origen a la inmensa variedad de angiospermas actuales”, subraya el biólogo brasileño Alexandre Zuntini, de Kew, y autor principal del artículo, quien ayudó a coordinar el trabajo de 279 botánicos de 27 países, entre ellos 16 brasileños. El estudio analizó 9.500 especies de 8.000 géneros, que representan el 60 % de los géneros de angiospermas, una muestra 15 veces más amplia que la de los trabajos anteriores.
La rápida diversificación y el predominio mundial de las angiospermas, que actualmente representan el 90 % de las plantas, ya habían llamado la atención del naturalista británico Charles Darwin (1809-1882), quien en una carta a su colega y coterráneo Joseph Hooker (1817-1911), en aquel entonces director de los Jardines de Kew, se refirió al evento como un “espantoso misterio de la evolución”. Hoy en día, el tema sigue siendo objeto de controversia. Como las delicadas estructuras de las flores y frutos de las primeras angiospermas rara vez han quedado preservadas en los registros fósiles, establecer cómo fueron sucediéndose los cambios que llevaron a las plantas primigenias, discretas y con flores pequeñas, a la variedad actual, constituye todo un reto.
Cuando hicieron su aparición, las flores y los frutos pueden haber iniciado una revolución en la ecología de los biomas terrestres. Según esta hipótesis, las nuevas relaciones ecológicas de polinización y dispersión de semillas por los animales habrían acelerado la evolución, aumentando la productividad de los ecosistemas y propiciando la expansión del dominio de las selvas tropicales.
“El estudio de toda esta diversidad solo es posible mediante proyectos colaborativos que aglutinen a investigadores de todo el mundo”, dice Antonelli. En parte, esto ha funcionado porque la técnica desarrollada en Kew para la secuenciación de gran parte del ADN vegetal es abierta, lo que permite estandarizar análisis que antes eran difíciles de comparar. Asimismo, la herramienta ha hecho posible extraer el ADN de 7.000 especímenes secos conservados en herbarios, aunque degradados por el paso del tiempo.
Uno de ellos es el del olivo Hesperelaea palmeri, del que no se tienen registros vivos desde 1875, cuando se recogieron en la isla Guadalupe (México), probablemente extintos por cabras domésticas que se escaparon. Según Antonelli, el conocimiento sobre la diversificación puede ayudar a identificar plantas útiles para uso humano y priorizar aquellas especies que deben preservarse.
Artículos científicos
PÉREZ-ESCOBAR, O. A. et al. The origin and speciation of orchids. New Phytologist. v. 242, n. 2, p. 700-16. abr. 2024.
ZUNTINI, A. R. et al. Phylogenomics and the rise of the angiosperms. Nature. Online. 24 abr. 2024.
BENTON, M. J. et al.The angiosperm terrestrial revolution and the origins of modern biodiversity. New Phytologist. v. 233, n. 5, p. 2017-35. mar. 2022.
