¿Plantas carnívoras o plantas
fungívoras?
En un reciente artículo publicado en Nature, se ha demostrado que el origen del hábito carnívoro en las
angiospermas está filogenéticamente basado en la defensa frente a hongos
patógenos.
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| Nepenthes villosa. Foto. |
Las plantas carnívoras, también llamadas insectívoras, obtienen parte o
la mayoría de sus necesidades nutricionales (pero no de energía, puesto que
siguen siendo fotosintéticas) mediante la captura y el consumo de animales y
protozoos, normalmente insectos (además de otros artrópodos). Estas plantas
crecen generalmente en lugares donde el suelo es pobre, en especial en
nitrógeno, como las tierras ácidas pantanosas y los roquedos húmedos. Charles
Darwin empleó mucho tiempo investigando sobre estas plantas fascinantes, cuya
biología dejó plasmada en un tratado, Insectivorous plants, que no ha perdido vigencia casi dos
siglos después de su publicación en 1875 [1].
Aunque estas plantas tienen un hábito común, presentan unas notables
diferencias morfológicas y fitoquímicas que han llevado a que siempre se haya pensado que el hábito carnívoro ha evolucionado en, al menos, once linajes
separados que se encuentran representados por más de una docena de géneros y algo
más de seiscientas especies pertenecientes a cinco familias. Además, más de trescientas
especies de plantas “protocarnívoras” de varios géneros muestran algunas,
aunque no todas, de esas características.
En un
trabajo ya clásico publicado en 1992 en Science,
basado en el analísis del gen RBCL que codifica la enzima Ribulosa-1,5-bisfosfato
carboxilasa/oxigenasa (Rubisco
en la jerga de los fitogenetistas), Albert y colaboradores expusieron las
diferencias estructurales y filogenéticas que separan a los distintos linajes
de plantas carnívoras. En un
artículo más reciente (2009) Ellison y Gotelli se ocuparon de demostrar que
la carnivoría ha evolucionado independientemente al menos seis veces en cinco
órdenes de angiospermas.
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| Sarracenia purpurea. Foto. |
Centrémonos en tres géneros representantes de tres familias y tres
órdenes diferentes, lo que significa que son tres ramas separadas en el árbol
filogenético de las plantas con flores, y que, además, viven en continentes
distintos. A pesar de las similitudes entre esos géneros como Nepenthes (Nepenthaceae,
Caryophyllales, zonas tropicales del Viejo Mundo), Sarracenia (Sarraceniaceae,
Ericales, zonas templadas de Norteamérica), y Cepholotus (Cepholotaceae,
Oxalidales, endémico de Australia) no están estrechamente relacionados. Los botánicos
siempre se han preguntado cómo las hojas altamente modificadas de estas plantas
evolucionaron hacia los sofisticados órganos de captura y digestión de
insectos. Gracias a un artículo
publicado el pasado 6 de febrero en Nature
se ha puesto de manifiesto que los mecanismos responsables del carnivorismo en
plantas son un caso de evolución convergente.
La investigación comenzó con la planta australiana Cepholotus follicularis, del que pueden ver dos magníficas
fotografías de Natahalie McNair en este
enlace. Esta especie, única de su género y de su familia, es la que
presenta mayores diferencias con las otras dos familias de las llamadas
“plantas jarras”, Nepenthaceae y Sarraceniaceae, y, por tanto, es la que mejor se prestaba a
servir como elemento clave para abrir la ventana de los reguladores genéticos que
han condicionado la evolución de esas tres familias. Cepholotus produce dos tipos diferentes de hojas: hojas normales,
fotosintéticas, y unas mortíferas y dentadas hojas-cántaro que la han hecho famosa
en todo el mundo.
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| Cepholotus follicularis. Foto. |
Los investigadores secuenciaron el genoma de C. follicularis y lograron identificar los genes implicados en el
cambio de desarrollo entre hojas carnívoras y no carnívoras. La comparación de
los dos tipos de hojas y el análisis del repertorio de genes identificó cambios
genéticos asociados con la atracción de presas, la captura, la digestión y la
absorción de nutrientes. Al observar qué genes se activan durante el desarrollo
de estos diferentes tipos de hojas, fueron capaces de identificar qué alelos están
implicados en la producción del néctar que atrae a las presas y en la
producción de la cérea capa resbaladiza que evita que los insectos atrapados
escapen. Pero también encontraron algo aún más interesante.
A continuación, examinaron los fluidos digestivos producidos por Cepholotus y por muchas otras especies
de plantas carnívoras no relacionadas de todo el mundo. Al hacerlo, hicieron un
sorprendente descubrimiento: los genes involucrados en la síntesis de los
mortales cócteles digestivos de estos linajes tan dispares tienen un origen
evolutivo similar.
A pesar de que no están relacionados, la capacidad de digerir los
insectos parece tener su origen en la defensa de las plantas contra los hongos.
Probablemente habrá escuchado alguna vez decir que los hongos son más similares
a los animales que a las plantas, entre otras cosas porque el polímero que
compone las paredes celulares de los hongos es el mismo que compone el
exoesqueleto de los insectos, la quitina. Al comparar los genes carnívoros de Cepholotus con los de una planta testigo del género Arabidopsis, el equipo encontró que en este último, que no es ni de
lejos carnívoro, se activaron genes similares cuando fueron expuestos a patógenos
fúngicos.
Los investigadores piensan que todas las plantas carnívoras han
convergido en un sistema en el que los genes utilizados para defenderse contra
la infección por hongos se han coadaptado para digerir artrópodos. En conjunto,
los resultados que acaban de publicarse muestran que el camino hacia el carnivorismo
en plantas es sorprendentemente angosto. La evolución no siempre requiere la
aparición de nuevos alelos, sino más bien una readaptación de genes preexistentes.
El biólogo de la Universidad de Buffalo y coautor del estudio, Victor A. Albert, participó en 2014 en la secuenciación del genoma del café. Entonces comprobaron esta evolución en paralelo con la cafeína. Presente en el cacao, el té y el café, tres plantas tan separadas entre sí como las carnívoras del actual estudio, la adictiva sustancia se debe al concurso de casi las mismas proteínas en los tres casos. Como dice ahora Albert, "plantas que tienen un conjunto de herramientas genéticas y están tratando de tener la respuesta al problema de cómo convertirse en carnívoras, al final acaban encontrando la misma solución". © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.
El biólogo de la Universidad de Buffalo y coautor del estudio, Victor A. Albert, participó en 2014 en la secuenciación del genoma del café. Entonces comprobaron esta evolución en paralelo con la cafeína. Presente en el cacao, el té y el café, tres plantas tan separadas entre sí como las carnívoras del actual estudio, la adictiva sustancia se debe al concurso de casi las mismas proteínas en los tres casos. Como dice ahora Albert, "plantas que tienen un conjunto de herramientas genéticas y están tratando de tener la respuesta al problema de cómo convertirse en carnívoras, al final acaban encontrando la misma solución". © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.