lia chaer / uspÁgua del tanque nutre planta y abriga animaleslia chaer / usp
Las bromelias Vriesea gigantea viven en lo alto de los árboles y acumulan agua entre sus hojas por eso se las llama epífitas con tanque. Hasta donde se sabe, las plantas de este tipo son las únicas que preferentemente extraen nitrógeno directamente de la urea, abundante en la orina de las ranas que usan el agua estancada como guarida y para depositar sus huevos. El grupo coordinado por la botánica Helenice Mercier, de la Universidad de São Paulo (USP), descubrió recientemente que esas bromelias tienen dos estrategias para captar la urea, y reveló unos mecanismos fisiológicos únicos.
En busca de detallar el descubrimiento de Helenice de que las bromelias tanque utilizan urea, Cassia Takahashi pinchó muchas hojas de vriseas para escrutar de qué manera absorben nitrógeno, el elemento químico esencial para construir las proteínas, fundamentales para crecer y reproducirse. Observó meticulosamente en el microscopio que la base de cada hoja tiene una mayor densidad de pequeños pelos que funcionan como raíces en miniatura, llamados tricomas. En tanto, en la punta de las hojas, con un 70% de la cantidad de tricomas encontrados en la base, tiene el doble de estomas, las estructuras que se abren y se cierran para permitir la respiración y la fotosíntesis, según informa el artículo publicado en 2007 en Brazilian Journal of Plant Physiology.
La morfología externa indica que la base de las hojas funciona como raíz, absorbiendo agua y nutrientes, y las puntas como hojas propiamente dichas, donde se produce la mayor parte de la fotosíntesis. Pero Cassia estaba interesada en la fisiología, en lo sucede dentro de la planta, que le permite absorber ese nitrógeno orgánico. Era necesario localizar y cuantificar las enzimas responsables del procesamiento de la urea y sus subproductos. Cuando esa sustancia encontrada en la orina de los animales entra en la planta, la enzima ureasa la rompe en amonio y gas carbónico (CO2). Luego entran en acción otras enzimas, sobre todo la glutamina sintetasa (GS), que tiene gran afinidad con el amonio y lo integra en el aminoácido glutamina. Al principio, la joven botánica se concentró en la base de las hojas, que queda sumergida en el agua donde están los nutrientes, y omitió todo el resto. Parecía un derroche. Resolví ver si la hoja era toda igual para saber si sería posible usarla entera, y descubrí que estaba buscando en el lugar equivocado, comenta. La mayor parte de la glutamina sintetasa estaba en las puntas de las hojas, lo que demuestra que el nitrógeno es asimilado a decir verdad allí.
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La sorpresa imprimió nuevos bríos a la investigación. Fue la primera vez que se demostró una división funcional, fisiológica, en una hoja, comenta Helenice. Una organización que tiene su sentido: el nitrógeno es asimilado donde se produce la fotosíntesis y hay energía de sobra para alimentar el proceso y donde se hacen proteínas. El resultado sugiere también que el amonio es transportado desde la base hacia la punta de las hojas; otra sorpresa. El amonio es una sustancia sumamente tóxica que las plantas suelen asimilar en moléculas orgánicas ni bien lo absorben, explica Helenice. En grandes concentraciones, el amonio puede parar la cadena respiratoria de las plantas, un problema serio en las hojas, encargadas precisamente de la fotosíntesis y la respiración. Ella todavía no sabe de qué manera la Vriesea gigantea evita estos problemas.
En ambiente controlado
Un problema que las investigadoras hallaron consiste en que las bacterias, habitantes naturales de los tanques de las bromelias, también necesitan nitrógeno y lo transforman en diferentes compuestos, por eso a estas plantas hay que cultivarlas en frascos esterilizados. El grupo descubrió también que es necesario conocer la edad de las plantas. A los dos años de edad, las bromelias de esta especie tienen alrededor de dos centímetros de altura y recién entonces sus hojas se ensanchan y forman el tanque. En este momento, la distribución de los tricomas y la fisiología se modifican, de manera tal que mezclar plantas de edades diferentes en un mismo experimento conduce a errores. Asimismo, para tener un control sobre el aporte de nitrógeno en el invernadero, necesario a su vez no permitir que haya ranas. Lo propio vale para las arañas, cuyos excrementos también son fuente de nitrógeno para las bromelias. En 2006, el ecólogo Gustavo Romero, de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) con sede en la localidad de São José do Rio Preto, demostró que el 18% del nitrógeno consumido por la especie Bromelia balansae proviene de la araña Psecas chapoda. Por tal motivo, el equipo de la USP procura mantener sus plantas impecables. Cassia llegó incluso a lavar hoja por hoja de las centenas de bromelias que mantiene en la llamada casa de vegetación con un cepillo de dientes, para combatir una plaga. Y en el laboratorio se las cultivada en ambiente estéril, libre de bacterias.
En la naturaleza, el agua acumulada en la bromelia constituye un escenario de competencia entre la planta y las bacterias. En un artículo publicado en 2007 en New Phytologist, el austríaco Erich Inselsbacher, quien realizó parte de su maestría en el laboratorio de la USP, demostró que las vriseas tienen dos maneras de sacar provecho de la orina de los anfibios. En presencia de urea, la planta libera ureasa en el tanque y luego absorbe el amonio producido por la reacción, que es entonces procesado por enzimas internas. La que tenga la enzima más ávida por amonio, gana, dice Helenice. La glutamina sintetasa de la vrisea es voraz, pero el visitante de Austria demostró que la bromelia también absorbe urea entera de manera mucho más eficiente que lo que se observa con otras sustancias nitrogenadas.
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Las plantas suelen tener un punto de saturación de su capacidad de absorber sustancias, pero no es eso lo que sucede con la urea. Cuanto más ponen en el tanque los investigadores, más la absorbe la V. gigantea. Esta observación llevó al equipo de la USP a inferir que existe un poro proteico especializado en absorber el compuesto nitrogenado de la orina. Durante su doctorado, Camila Cambuí buscó esa posibilidad entre los genes de las acuaporinas, proteínas que forman poros destinados a la entrada de agua y otras sustancias. En colaboración con la botánica Marília Gaspar, del Instituto de Botánica de São Paulo, encontró la puerta de entrada de la urea en las vriseas, una acuaporina nueva que ahora pretende producir en laboratorio para llevar a cabo experimentos y detallar su funcionamiento. Por ahora, parte del misterio ha quedado dilucidado: Parece que la urea entra entera en la hoja y es directamente asimilada, además de que puede romperse en amonio, explica Helenice.
Para ella, esa acuaporina de la vrisea debe haber surgido en estas bromelias que evolucionaron conjuntamente con los anfibios, que allí depositan huevos y orina. Las plantas desarrollaron también estrategias destinadas a usar al máximo esta fuente de nutrición: cuando el tanque de la bromelia recibe una dosis de urea, durante las primeras 24 horas la planta otorga preferencia a esta sustancia, aunque otras fuentes de nitrógeno como el amonio o el nitrato estén presentes. Esta preferencia es importante, porque la urea es un recurso inconstante, las ranas buscan en los tanques de las bromelias cuando llueve más y se acumula bastante agua. En esa época, la planta debe absorber lo máximo posible, competiendo con las bacterias. En períodos más secos, las fuentes de nitrógeno pasan a ser restos vegetales e insectos en descomposición.
En un artículo que pronto saldrá publicado en la revista Physiologia Plantarum, Camila detalló un poco más de qué manera es procesada la urea cuando entra en la planta: el 40% de la actividad de la ureasa en V. gigantea sucede fuera de las células, en las paredes y membranas celulares, al contrario que en especies sin tanque, donde la ureasa se concentra dentro de ellas. Además de ser más rica en nitrógeno, la urea procesada también da origen al gas carbónico. Camila demostró que ese carbono se agrega inmediatamente a los cloroplastos, donde se produce la fotosíntesis, y es enseguida usado para construir celulosa, que hace crecer a la planta. Por eso, las bromelias tanque fertilizadas con urea crecen más rápidamente ?una observación que ya habían hecho productores comerciales de estas plantas. Por ejemplo, saber que basta con poner urea en el tanque de las bromelias, y no en el resto de las hojas o en las raíces, ayuda a mitigar exageraciones en el uso de nitrógeno en el cultivo comercial. En asociación con Helenice, Gustavo Romero apunta ahora a comprobar que la urea que absorben las bromelias en la naturaleza proviene efectivamente de la orina de las ranas.
Artículos científicos
CAMBUÍ, C.A. et al. Detection of urease in the cell wall and membranes from leaf tissues of bromeliad species. Physiologia Plantarum. En prensa.
INSELSBACHER, E. et al. Microbial activities and foliar uptake of nitrogen in the epiphytic bromeliad Vriesea gigantea. New Phytologist. v. 175, n. 2, p. 311-320. jul. 2007.
TAKAHASHI, C.A. et al. Differential capacity of nitrogen assimilation between apical and basal leaf portions of a tank epiphytic bromeliad. Brazilian Journal of Plant Physiology. v. 19, n. 2, p. 119-126. abr.-jun. 2007.
