La biología vegetal lleva observando desde hace ya casi dos décadas facultades sorprendentes que se creían reservadas al mundo animal. Las plantas se comunican entre ellas, elaboran estrategias para combatir a sus agresores, alertan a sus vecinas en caso de peligro y las recorren misteriosas señales eléctricas.
Las señales químicas como medio de comunicación y de cooperación entre plantas
En los años 80, un biólogo y un químico, Jack Schultz e Ian Baldwin, abrieron camino gracias a sus trabajos, publicados en la célebre revista científica Science [Baldwin 1983]. Ambos autores observaron que ejemplares jóvenes de álamo y de arce azucarero, cuyo follaje estaba parcialmente dañado, aumentaban su concentración de compuestos fenólicos en 36-52 horas y lo mismo en las plantas vecinas en buen estado.
| De este modo se demostró por primera vez que unaseñal aerotransportada procedente de tejidos de una planta dañada podía estimular cambios bioquímicos en individuos vecinos e influir, por ejemplo, en la alimentación y el crecimiento de los insectos fitófagos. |
Los trabajos del biólogo sudafricano Wouter van Hoven, en los años 1990, pusieron de manifiesto un mecanismo de defensa mutualista sorprendente en las acacias (Acacia drepanolobium Harms ex Y. Sjöstedt) de la reserva del Transvaal de Sudáfrica frente al ramoneo excesivo de los kudús. Tras la muerte sin explicación de más de 2000 de estos rumiantes, este investigador de Pretoria llevó a cabo una investigación científica que demostró en un primer momento que la mortalidad de los antílopes se debía a la presencia de taninos en concentraciones anormalmente elevadas con respecto a las habitualmente observadas, asociada a un consumo importante de follaje. Determinados taninos ingeridos en gran cantidad pueden presentar una toxicidad digestiva aguda entre los rumiantes [Robbins, 1987]. El establecimiento de defensas químicas inducidas entre las plantas (producción de alcaloides, de taninos y de otros constituyentes nocivos para los animales) es un mecanismo conocido, pero lo que sucedía después lo era menos.
| La plena comprensión del fenómeno llegó en un segundo momento, cuando se observó que las ramas lesionadas por el paso de los rumiantes emitían un compuesto orgánico volátil, el etileno. La emisión del mismo tiene como efecto activar en las acacias vecinas una producción de taninos antes de la llegada misma de los kudús. De este modo, las acacias advierten a sus vecinas del peligro, que activan como respuesta su sistema de defensa [Van Hoven 1985, Van Hoven 1991]. |
La comunicación entre plantas puede también producirse por vía subterránea. Es el caso del tomate, con la contribución de un hongo de la raíz con el que forma micorrizas. En un estudio, tras haber plantado pies de tomates de dos en dos, se infectaron las hojas de una de las dos plantas con un hongo patógeno. Se constató que el pie sano vecino comenzaba a producir enzimas de defensa habitualmente producidas durante un ataque fúngico. Por el contrario, si no hay hongos en las raíces o una pared impide la conexión de ambas plantas, las defensas del tomate sano no se movilizan [Song 2010].
| Por tanto, pueden establecerse mecanismos de defensa frente a parásitos o predadores como respuesta a señales emitidas por plantas vecinas atacadas, incluso antes de ser ellas mismas víctimas de una agresión ¡magníficos ejemplos de ayuda mutua y de relaciones de cooperación entre plantas! |
Varios trabajos demuestran que muchas plantas son capaces de reconocer si su vecino es de la misma especie y, además, si existe un vínculo de «parentesco» (reconocimiento del parentesco). En el primer estudio de este tipo, llevado a cabo en 2007, se puso de manifiesto que las plantas de oruga de mar americana (Cakile edentula (Bigelow) Hook) que crecían al lado de plantas salidas de semillas de un mismo individuo, producían, al cabo de 40 días, menos raíces que los pares de plantas que no habían salido de semillas de un mismo individuo, prefiriendo por tanto invertir su energía en el desarrollo de su aparato reproductor [Dudley 2007].
Un último ejemplo interesante de cooperación que puede darse, es el del pino de Oregón (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco). El equipo de la ecóloga canadiense Suzanne Simard cubrió ramas de la conífera en bolsas de plástico en presencia de CO2 marcado con carbono 14. Constató que una parte de la radioactividad se transfería a numerosos árboles de los alrededores, pero sobre todo, que la transferencia más importante se producía entre los árboles viejos más voluminosos y los árboles jóvenes que crecían a sus pies, generalmente nacidos de sus propias semillas. Este alimento es transportado por los hongos del suelo que conectan las raíces de los árboles entre ellas (micorrizas).
| Los árboles viejos desempeñan por tanto la función de puntos calientes, interconectando todos los individuos y distribuyendo los flujos nutritivos, en particular hacia los más jóvenes [Simard, 2012]. |
Las señales eléctricas como medio de comunicación dentro de las plantas
Aunque se sabía que las plantas poseen una actividad eléctrica, se ha subestimado durante mucho tiempo su importancia. El equipo dirigido por Edward Farmer de la universidad de Lausana se preguntó «si estas señales eléctricas, generadas cuando se lesiona la planta, pueden desencadenar mecanismos de defensa» dado que las proteínas de defensa se producen no solamente en las partes atacadas sino también en las partes sanas de la planta. Gracias al modelo del arabidopsis (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.), el equipo consiguió identificar los genes que activan la señal eléctrica y comprobar la relación entre la activación de proteínas de defensa lejos de la lesión. Los resultados, publicados en 2013 en la conocida revista científica Nature, muestran que en este proceso electrofisiológico están implicados tres genes GLR (glutamate receptor-like), parecidos a los de los animales [Moussavi 2013].
| Farmer explica que «lo que resulta sorprendente es que estos genes son muy similares a los genes activados en las sinapsis rápidas del cerebro humano, aunque las plantas no tienen neuronas. Esto resulta muy intrigante y estimulante». |
Las hipótesis se centran en el sistema vascular de la planta, compuesto de floema (tejido conductor de la savia elaborada desde la hoja hacia el resto de la planta) y del xilema (tejido conductor de la savia bruta (agua y sales minerales) de las raíces al resto de la planta). Según Farmer, «muchos investigadores piensan que es uno u otro el que actúa en la transmisión eléctrica, mi laboratorio considera que estos dos tipos de células trabajan conjuntamente en el envío de la señal. Pero seguimos sin saber quién hace qué».
Según Francis Bouteau, del laboratorio de electrofisiología de las membranas (Sorbonne Paris Cité) «se ha demostradohace años la comunicación eléctrica en las plantas y la circulación de mensajes a través de las ondas de despolarización de la membrana. Además, ahora se sabe que en las plantas hay fenómenos de exocitosis y de endocitosis, es decir, fenómenos de expulsión y de absorción de moléculas a través de la membrana, que recuerdan mucho a las sinapsis nerviosas de los animales. Cierto es que las plantas no tienen ni neuronas, ni sinapsis, ni un órgano que pueda considerarse un cerebro; en ellas, todo va mucho más despacio… pero perfectamente puede hablarse de neurobiología vegetal».
Por otra parte, se ha descrito en las plantas la presencia de neuromediadores clásicos en el reino animal, implicados en numerosas funciones, tanto en el sistema nervioso central como en el periférico, como son la serotonina (o «fitoserotonina») [Ramakrishna 2011], la dopamina y el glutamato. Su función se conoce cada vez mejor [Roshchina 2010].
| La auxina, hormona vegetal particularmente importante, se ha comparado incluso con un neurotransmisor. |
Didier GUÉDON, Experto del Comité francés de la Farmacopea
Bibliografía :
Baldwin IT, Schultz JC. Rapid changes in tree leaf chemistry induced by damage: evidence for communication between plants. Science 1983;221:277-9.
Dudley SA, File AL. Kin recognition in an annual plant. Biol Lett 2007;3:435–8.
Mousavi SA, Chauvin A, Pascaud F, Kellenberger S, Farmer EE. Glutamate receptor-like genes mediate leaf-to-leaf wound signalling. Nature 2013;500(7463):422-6.
Ramakrishna A, Giridhar P, Ravishankar GA. Phytoserotonin, a review. Plant Signal Behav 2011;6:800–9.
Robbins CT. Role of tannins in defending plants against ruminants: reduction in dry matter digestion? Ecology 1987;68:1606-15.
Roshchina VV. Evolutionary considerations of neurotransmitters in microbial, plant, and animal cells. In Microbial endocrinology. Lyte M et al. (Eds), p. 17-52, Springer 2010.
Simard SW, Beiler KJ, Bingham MA, Deslippe JR, Philip LJ, Teste FP. Mycorrhizal networks: mechanisms, ecology and modeling. Fungal Biol Rev 2012;26:39–60.
Song YY, Zeng RS, Xu JF, Li J, Shen X, Yihdego WG. Interplant communication of tomato plants through underground common mycorrhizal networks. PLoS One 2010; 5: e13324.
Van Hoven W. Mortalities in Kudu (Tragelaphus strepsiceros) populations related to chemical defence of trees. Rev Zool Afric 1991;105:141-5.
Van Hoven W. The tree’s secret weapon. South African panorama 1985;30:34-7.
