Fascinación por las plantas

Las plantas son organismos capaces de capturar la energía luminosa y convertirla en energía química, contenida en los azúcares que se incorporan a su biomasa. Son un eslabón fundamental de la cadena trófica que permite sustentar a los animales y, por ende, al hombre. Al realizar la fotosíntesis, estas incorporan dióxido de carbono atmosférico y liberan el oxígeno que respiramos. Se estima que las plantas, junto con las algas y cianobacterias, incorporan anualmente unos 100.000 millones de toneladas de carbono, por lo que juegan un papel fundamental en la regulación de los niveles de gases con efecto invernadero. Podemos decir que, tanto a nivel individual como de planeta Tierra, la vida no sería posible sin las plantas.

Por eso, desde la EPSO (European Plant Science Organization) os invitamos a celebrar el día 18 de mayo de 2012 como el Día Internacional de la Fascinación por las Plantas. Con motivo de esta celebración, hemos preparado el juego Las plantas en nuestra vida, que distribuimos en formato póster con este número de Mètode y que tiene como protagonistas a las plantas y a los descubrimientos relacionados con ellas realizados por diferentes científicos.

No es extraño, pues, que las plantas hayan ejercido una atracción irresistible para la investigación cientí­fica. Goethe, en 1790, publicó La metamorfosis de las plantas, donde daba cuenta de las observaciones naturalistas que le condujeron a plantear la hipótesis de que las hojas y los órganos florales no eran sino manifestaciones de un diseño común. Doscientos años después, las técnicas de la genética reversa han permitido comprobar que, cuando se reprimen en las flores las actividades de tres clases de genes, todos los órganos florales (sépalos, pétalos, estambres y carpelos) se transforman en hojas. Goethe tenía razón. 

De la genética a la virología 

En el siglo xix dos gigantes del pensamiento científico sintieron la misma fascinación por las plantas. Gregor Mendel descubrió las leyes básicas de la herencia biológica y el concepto de las unidades informativas que se transmiten de padres a hijos: los genes. Había nacido la genética. Al mismo tiempo, Darwin, ignorante de los descubrimientos de Mendel, propuso la teoría de la evolución de las especies por selección natural aunque desconocía el mecanismo mediante el cual las variaciones al azar se heredaban. No obstante, Darwin estudió detenidamente la capacidad de las plantas para realizar movimientos que les permiten utilizar tallos, ramas, pedúnculos de flores, pecíolos, zarcillos o raíces adventicias para trepar y mejorar su exposición a la luz. También observó los movimientos de las plantas carnívoras que les permiten capturar insectos y planteó hipótesis sobre la capacidad que tienen las plantas para realizar movimientos oscilatorios o para curvarse frente a factores ambientales como la luz. 

Matthias Schleiden propuso la teoría celular según la cual la célula es la unidad estructural común a todas las plantas y observó que su crecimiento se produce por generación de células nuevas. Roger Gautheret y Philip White descubrieron, mediado el siglo xx, la manera de cultivar las plantas in vitro añadiendo ácido indolacético, la auxina descubierta por Frits Wentel, a los medios de cultivo, y aprovechándose de la sorprendente capacidad (totipotencia) que tienen las células vegetales para diferenciarse en cualquier clase de célula y dar lugar a una planta completa. Luego vendría el descubrimiento por Eiichi Kurosawa de las giberelinas que controlan el alargamiento de los tallos y de tantos otros reguladores del crecimiento vegetal. 

Las técnicas de cultivo in vitro y de producción clonal de plantas propiciaron el descubrimiento por Jeff Schell y Marc van Montagu del mecanismo de transferencia genética entre Agrobacterium y plantas, que hoy se utiliza como instrumento de las técnicas de genética reversa, desde el gen aislado en el laboratorio hasta la función observada al introducirlo en una planta. Estas técnicas proporcionan una potencia formidable al desafío de comprender la función de los genes y al mismo tiempo han servido para generar cosechas transgénicas: más de 148 millones de hectáreas de estos cultivos se plantaron en 2010. Para ser eficaces, estas técnicas necesitaban de un sistema experimental adecuado basado en una planta modelo. La comunidad investigadora encontró apropiada una planta herbácea de la familia de las brasicáceas, Arabidopsis thaliana, con un genoma relativamente pequeño cuya secuencia completa se conoce desde el año 2000. Es una especie diploide con una gran variabilidad natural; tiene un tiempo de generación corto, produce un alto número de semillas por plantay se transforma genéticamente con facilidad in planta. Este sistema experimental nos ha permitido desvelar las bases genéticas y moleculares que subyacen a las propiedades de las plantas, como, por ejemplo, la capacidad de curvarse hacia la luz observada por Darwin.

De acuerdo con la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura), la seguridad alimentaria se alcanzará cuando toda la gente tenga acceso, en cualquier momento tanto físico como económico, a alimentos suficientes, seguros y que cumplan con sus necesidades nutricionales para poder disfrutar de una vida activa saludable. Este objetivo está lejos de cumplirse a pesar de la Revolución Verde que supuso el desarrollo por Norman Borlaug de variedades de trigo y arroz muy productivas al tener un ciclo de crecimiento corto y porte reducido, lo que disminuye las pérdidas por encamado de las espigas de estas gramíneas. 

Hoy, todavía, cerca de 1.000 millones de personas de los 7.000 que pueblan el planeta pasan hambre o están mal nutridos. Por otra parte, las prácticas agronómicas modernas utilizan gran número de recursos naturales como suelo y agua y energéticos para labrar y producir los fertilizantes que se necesitan. El reto del futuro es producir más (se estima que la población seguirá creciendo durante el siglo xxi hasta alcanzar los 10.000 millones) y utilizar menos recursos contaminando menos. Gracias a la ingeniería genética basada en la genética reversa hemos podido descubrir, por ejemplo, que los genes responsables de que las espigas de Borlaug fueran semienanas son los que tienen que ver con la respuesta de los tallos a las giberelinas, por lo que de inmediato podemos desarrollar nuevas variedades en otras plantas con dicha característica de interés agronómico. ¿Llegaremos a tiempo en el progreso del conocimiento de las plantas para contribuir a alcanzar la seguridad alimentaria que propugna la FAO?

Al igual que en el caso de la genética, hay otra disciplina científica que nace a partir de los estudios realizados en las plantas. Se trata de la virología. Martinus Beijerinck demostró por primera vez que el agente causante de la enfermedad del mosaico del tabaco (TMV) era de una clase nueva a la que denominó virus. Beijerinck también descubrió, trabajando con plantas de Vicia faba, el principio de la fijación simbiótica del nitrógeno por las leguminosas; proceso fundamental para mantener la fertilidad de los suelos. La comprensión de las bases moleculares de la fijación de nitrógeno atmosférico es objeto prioritario de la investigación de nuestros días, ya que podrían diseñarse estrategias basadas en la ingeniería genética para transferir dicha capacidad a especies fundamentales para la alimentación, como son las gramíneas.

¿Qué nos queda por descubrir en las plantas?

Hemos visto que las plantas son organismos fascinantes. Lo son per se, por cómo son y por lo que son capaces de hacer; y lo son para el hombre porque sin ellas no existiríamos. Pues bien, entrado el siglo xxi desconocemos una gran parte del mundo de las plantas. Para comenzar, conocemos solo una parte de las 250.000 especies de plantas que se estima que existen en el planeta Tierra. De hecho, apenas utilizamos un puñado de especies para alimentarnos y, de entre ellas, reducimos de forma continua la diversidad de los cultivares desarrollados a lo largo de muchas generaciones. Respecto a las plantas silvestres también queda mucho por conocer. 

Advertimos que se está produciendo una pérdida acelerada de la biodiversidad potenciada por actividades antrópicas. Perdemos así miles de nuevos metabolitos sintetizados por las plantas con actividades que nos pueden ser útiles para combatir enfermedades o para comprender cómo se relacionan las plantas unas con otras o con los animales. Debemos pasar de estudiar las plantas una a una a comprender su papel en las redes ecológicas. ¡Apenas hemos comenzado a descubrir la arquitectura de la biodiversidad! Darwin describió relaciones mutualistas, especie a especie, al estudiar la fecundación de las orquídeas; sin embargo, hoy comenzamos a saber que las redes mutualistas implican a decenas o centenares de especies. Para ello estamos desarrollando nuevas disciplinas como la biología de sistemas. 

Desde un punto de vista reduccionista, nuestra impresionante capacidad técnica para secuenciar genomas, aislar genes y descubrir sus funciones apenas ha permitido atisbar el alcance de la nutrigenómica (estudio de cómo los alimentos que ingerimos modifican la expresión de nuestros genes) o de la nutrigenética (estudio de las variaciones genéticas entre individuos en la interacción entre dieta y enfermedad) que permitirá en el futuro el diseño de dietas personalizadas de acuerdo con la genética del individuo concreto.

Stephen Hawking ha dicho recientemente que no cree que la especie humana sobreviva otros mil años sin dejar el planeta Tierra y aconseja mirar hacia las estrellas y no hacia nuestros pies. Yo, humildemente, pienso que vale la pena darle a nuestra vida en la Tierra una oportunidad más. Para ello, es necesario intensificar nuestro conocimiento de las plantas, desde su papel en los ecosistemas hasta sus maravillosas capacidades atesoradas a lo largo de la evolución biológica. 

José Pío Beltrán. Coordinador en España del Día Internacional de la Fascinación por las Plantas. Coordinador institucional de la delegación del CSIC en la Comunidad Valenciana.
© Mètode 73, Primavera 2012. 

«Las plantas son un eslabón fundamental de la cadena trófica que permite sustentar a los animales y, por ende, al hombre»

© Mètode
José Pío Beltrán.

«Es necesario intensificar nuestro conocimiento de las plantas, desde su papel en los ecosistemas hasta sus capacidades atesoradas a lo largo de la evolución biológica»

© CSIC

«Con motivo del Día Internacional de la Fascinación por las Plantas hemos preparado un juego que distribuimos en formato póster con este número de Mètode»