Roots Down, Shoots Up. Pero, ¿cómo sabe una planta cuál es cuál? - Las Ciencias - 2020

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Anonim

Cuando una avalancha derriba una montaña, a veces se inicia un experimento botánico revelador, aunque inadvertido. Aunque los árboles en el camino de la nieve enojada a menudo se arrancan de sus raíces y se depositan sin ceremonia cuesta abajo, en ocasiones, los árboles volcados se mantienen firmes. Algunas raíces de estos árboles parcialmente volteados se rompen y mueren de la exposición. Pero algunos permanecen enchufados en el suelo. El árbol sobrevive y continúa con su negocio, aunque en una posición propensa muy poco arbórea. Y casi de inmediato, sucede algo fascinante.

El árbol volcado hace un giro difícil y comienza a crecer verticalmente de nuevo. Si se encuentra con un árbol así en el bosque muchos años después, parecerá como un retoño, decidió unirse a una contracultura arbórea rebelde y, de pronto, en algún lugar de su edad adulta, se dio cuenta de que sería mejor ponerse serio y crecer conos. .

Lo que esto significa, por supuesto, es que los árboles pueden sentir la gravedad. Y, como resulta, también pueden hacerlo todas las plantas. Es posible que nunca hayas considerado que las plantas pueden poseer esta habilidad mágica, pero lo hacen. Una planta de tomate en maceta hará lo mismo que el pino si se deja de lado. Y si está invertido (y enraizado en un medio de maceta que no responde a la gravedad al aterrizar en sus zapatos), la planta dará una vuelta en U.

Aquí hay un ejemplo de una planta de interior popular llamada time-laped Coleo .

Posiblemente aún más asombrosamente, las puntas de las raíces reorientadas, que nunca ven la luz del día y están físicamente limitadas por el suelo, también cambiarán bruscamente de dirección y comenzarán a crecer una vez más hacia el núcleo de la Tierra.

Probablemente podría haber deducido que las plantas perciben la gravedad con solo mirar los árboles que crecen en una pendiente pronunciada. No crecen perpendiculares al suelo. Crecen perpendiculares al cielo.

Los científicos tienen un nombre para este fenómeno: gravitropismo. Lo que les falta es una explicación completa de cómo funciona. ¿Cómo puede un organismo que permanece en un lugar toda su vida saber que se ha volcado y, una vez que se ha averiguado, cómo puede saber de qué manera es la novedad? Una vez que sepa de qué manera es, ¿cómo se hace para que sea tan difícil, verdad?

Cualquier idea que pueda tener sobre este tema también debe adaptarse a este hecho sorprendente: si monta una planta de lado en una máquina que la rota como un cerdo en un asador, la planta * no * hará un giro hacia el espacio. En cambio, seguirá creciendo horizontalmente como si no tuviera la capacidad de detectar la gravedad en absoluto.

Los científicos han estado estudiando esta pregunta durante mucho tiempo, y están razonablemente seguros de que conocen la respuesta a la primera parte de la pregunta: cómo las plantas saben en qué dirección.

Las plantas perciben la gravedad, en esencia, como lo hace un globo de nieve. En lugar de nieve falsa, usan partículas llamadas estatolitos. En las coníferas y las plantas con flores, los estatolitos son recipientes de almacenamiento de alimentos llamados amiloplastos. Las plantas sintetizan y almacenan almidón (polímeros de glucosa, que las plantas fabrican en sus partes verdes a partir de luz, agua y dióxido de carbono) en estos gránulos. Dentro de los amiloplastos del frijol común, los gránulos de almidón se asemejan a bolas de algodón de diversos tamaños rellenas en un globo. Aunque los amiloplastos son generalmente blancos, los amiloplastos en esta raíz de zanahoria parecen estar pigmentados, quizás se hayan teñido:

Desde Blancaflor 2012, American Jounal of Botany 100: 1 143-152. Haga clic en la imagen para el enlace.

En circunstancias normales, los amiloplastos no hacen nada más que sentarse en el fondo de las células especiales que detectan la gravedad en la columna central (columela) de las cápsulas de la raíz, y en brotes junto a los haces vasculares que transportan el agua y el azúcar. Cuando se derriba una planta, los amiloplastos se deslizan desde lo que era recientemente el fondo de la célula hacia una pared anteriormente vertical, como se puede ver arriba.

Aquí es donde las cosas se ponen borrosas. De alguna manera, este movimiento se detecta y se transmite a las células que secretan la auxina, una hormona vegetal que regula el crecimiento, en los nuevos lados inferiores de la raíz y el brote. La hormona tiene efectos opuestos en las dos ubicaciones, lo que desencadena la supresión del crecimiento en la parte inferior de las raíces y la mejora del crecimiento en la parte inferior de los brotes. Como resultado, las raíces se desvían hacia la tierra; disparos veer hacia el cielo. Una vez que la raíz o el brote se reorientan, los amiloplastos se deslizan hacia abajo a su posición original y se restablece el equilibrio de la auxina.

Lo que es particularmente fascinante de la forma en que las plantas superiores perciben la gravedad es que el mecanismo burdo no es tan diferente del nuestro. Las plantas y los animales han producido de forma independiente soluciones similares a un problema común. Esto se llama evolución convergente y sucede bastante en la Tierra.

Dentro del vestíbulo de su oído interno hay dos cámaras llamadas utrículo y sacículo. Las células del revestimiento se erizan con pelos sensoriales. Los pelos, a su vez, están incrustados en una sustancia gelatinosa. Y sentados en la parte superior de la sustancia gozan de múltiples facetas de cristales de carbonato de calcio llamados otolitos.

Los otolitos, como los amiloplastos, se mueven. Cuando se inclina hacia adelante, se deslizan, tirando hacia abajo de la sustancia y los pelos con ellos, como puede ver aquí. El tirón de los pelos dispara señales a su cerebro, que se interpretan adecuadamente. Una vez más, las partículas sedimentarias son el sensor de gravedad.

Pero en las plantas, el sensor y el efector no están conectados por un cerebro práctico. De hecho, la forma en que se conectan es particularmente intrigante porque la detección y la respuesta física a menudo están separadas por una distancia justa:

Desde Blancaflor 2012, American Jounal of Botany 100: 1 143-152. Haga clic en la imagen para el enlace.

La distancia puede extenderse a unos pocos milímetros. Puedes ver el problema aquí.

Los científicos no están seguros de cómo la señal generada por los amiloplastos llega a las células que generan auxina. Un reciente artículo de revisión de Elison Blancaflor en el American Journal of Botany experimentos destacados que han proporcionado algunas pistas sobre cómo las plantas traducen los amiloplastos que caen en extremidades desviadas.

Las primeras teorías se centraron en la actina, la parte del esqueleto de la célula que forma fibras delgadas llamadas microfilamentos, porque estas fibras soportan y sondean todas las partes de la célula y, a menudo, transmiten información. Si los amiloplastos cambiaban repentinamente, parecía probable que el citoesqueleto estaría en una buena posición para notarlo.

Originalmente, los científicos pensaban que la actina podía sentir y transmitir directamente la fuerza de los estatolitos que caían. Pero después de una inspección más cercana, hubo un problema: en las raíces, los químicos que interrumpir Microfilamentos de actina reforzados, no humedecidos, detección de la gravedad de las plantas. Y en otros experimentos, la falta de un citoesqueleto completamente desarrollado en las células de la raíz adecuada tampoco inhibió la detección de la gravedad. ¿Cómo podría ser esto si la actina detectara directamente los movimientos de amiloplastos?

La actina todavía podría estar involucrada en la regulación de la detección de la gravedad si inhibe esto, y el hecho de que la alteración de la actina tuvo algún efecto en la detección de la gravedad lo sugiere. Experimentos revisados ​​en el Diario de Botánica sugiere que los microfilamentos de actina pueden formar una red de tipo tamiz que regula la facilidad con que se mueven los amiloplastos. También podrían regular la detección de la gravedad si se unen o ayudan a elevar los amiloplastos del piso de la célula, ya que la fuerza de la respuesta de la gravedad hace que los amiloplastos presionen su sustrato.

Sin embargo, extrañamente, los experimentos con un alga llamado Chara han demostrado que al menos en esta planta, el peso real de los estatolitos es no Lo que usa la célula para medir la gravedad.

En Chara La detección de la gravedad y la respuesta al crecimiento se producen en las mismas células en las estructuras similares a las raíces de la planta. Chara utiliza una tercera partícula pesada para detectar la gravedad: vesículas empaquetadas con el sulfato de bario químico de alta densidad. Alguien interesado en como Chara La gravedad de los sentidos decidió enviar a algunos en un viaje de placer en un cometa vómito, un avión, popular entre los aprendices de astronautas y Stephen Hawking, que vuela en ondas de gran amplitud, produciendo la experiencia de ingravidez en el descenso.

Descubrieron que cuando funcionalmente sin peso, la detección de la gravedad aún funcionaba Chara Mientras Los estatolitos seguían tocando físicamente la membrana plasmática de la célula. . Los investigadores sugirieron que el contacto físico con la membrana, no la presión generada por el peso del statolith, es lo que desencadena la detección de la gravedad. Puede haber una proteína expresada en la superficie de los amiloplastos que se une a un receptor en el piso de la célula. Cuanto más presiona el amiloplasto sobre la membrana, más proteínas entran en contacto con los receptores y más fuerte es la percepción de la gravedad. Claramente, todavía tenemos mucho que aprender acerca de cómo las plantas transmiten las señales de gravedad de los amiloplastos a las células productoras de auxina que se encuentran muy lejos.

Volvamos ahora a nuestro rompecabezas de la planta en un escupitajo. Ahora puede comprender por qué la planta actúa como si no supiera desde arriba: a medida que la planta gira lentamente, también lo hacen los amiloplastos, como las rocas en un tambor. El resultado es una señal de dirección de crecimiento que cambia continuamente ya que estimulan secuencialmente todos los lados de la célula. La suma de estos vectores omnidireccionales es cero. Para la planta, el mensaje es claro: a toda velocidad por delante.

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