Sobre la evolución de las plantas carnívoras
La capacidad de ser planta carnívora apareció al menos seis veces de forma independiente en la historia evolutiva.
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Las plantas suelen ser el inicio de la cadena trófica, pues a partir de ellas y la luz del Sol viven el resto de los seres vivos. Sin embargo, las excepciones son las plantas carnívoras, pues se alimentan de insectos en una suerte de cadena trófica invertida.
Posiblemente, uno de los tipos de plantas más complejos y extraños sea el de la plantas carnívoras. El problema es cómo una planta llega a evolucionar hasta convertirse en devoradora de insectos.
Ahora, un estudio genético sobre plantas carnívoras y sobre sus parientes más cercanos sugiere que una duplicación de genes permitió a estas plantas digerir materiales ricos en proteínas.
Hay una rica variedad de plantas carnívoras. Están, por ejemplo, las plantas jarro como las nephentes en cuyos jarros hay enzimas capaces de digerir lo que les cae dentro. Entre las más conocidas que muchos hemos tenido en nuestro hogar también está la típica Venus atrapamoscas (Dionaea muscipula). Esta planta posee hojas modificadas con pelos sensibles (ver foto) que, cuando son activados adecuadamente, hacen que la trampa se cierre sobre el insecto. Menos conocida es la acuática Aldrovanda vesiculosa, pero también con mecanismos activos de movimiento que facilitan la caza. También tienen partes móviles las droseras, pero que atrapan a los insectos gracias a sustancias pegajosas de sus pelillos. Así que, estas tres especies, aunque pertenecen a la misma familia, han conquistados hábitats distintos y desarrollado sus propios sistemas para capturar insectos.
El biólogo evolucionista Jörg Schultz y su colega Rainer Hedrich (ambos de la Universidad de Würzburg) secuenciaron los genomas de la Venus atrapamoscas, una drosera (Drosera spatulata) y la Aldrovanda vesiculosa, que están emparentadas. Luego compararon esos genomas con los de otras nueve plantas que incluía plantas carnívoras como las plantas jarro, así como con otras especies no carnívoras.
Lo primero que vieron es que estas tres especies tienen el mismo conjunto básico de genes que les permiten ser carnívoras. Las funciones de estos genes están relacionadas con la habilidad de sentir y digerir sus presas y de usar sus nutrientes.
Además, han encontrado que la clave para alimentarse parcialmente de insectos en este conjunto de las plantas carnívoras fue la duplicación del genoma completo en un antepasado común que vivió hace unos 60 millones de años.
Esta duplicación permitió liberar copias de genes que sólo estaban dedicados a la generación de ciertos tejidos, como hojas, raíces y sistema sensorial para que fueran usados para otra misión distinta. De este modo se pudieron usar para detectar, atrapar y digerir presas. Así, por ejemplo, las plantas carnívoras evolucionaron hasta usar las copias extras de genes que normalmente se usaban para la absorción de nutrientes en las raíces para utilizarlos en absorber los nutrientes de las presas que atrapaban y digerían. Esos genes que normalmente sólo se expresaban en las raíces pasaron a expresarse en las hojas convenientemente modificados.
La sorpresa es que, pese a la duplicación, las plantas no necesitan un gran conjunto de nuevos genes para ser carnívoras. Así, las tres especies estudiadas están entre las plantas pobres en número de genes, pues sus genomas van de 18000 a 25000 genes, cuando lo habitual suele estar entre 30000 y 40000 genes.
Estos investigadores concluyen que las carnívoras aparecieron por evolución una sola vez en el antepasado para las tres especies emparentadas analizadas y de formar independiente en las plantas jarro. Añadiendo estos dos orígenes a los casos ya documentados en el pasado, los investigadores llegan a la conclusión de que la capacidad de ser planta carnívora apareció seis veces de forma independiente en total. Así que se podría interpretar que el camino evolutivo para llegar ser carnívora está abierto para todas las plantas.
El próximo paso a dar por estos investigadores es el estudio en profundidad de estas plantas para comprender mejor las bases de la función de captura. «Hemos encontrado que la Venus atrapamoscas cuenta los estímulos eléctricos que activa la presa al caer en la trampa, puede recordar este número durante un tiempo y finalmente tomar la decisión correspondiente a ese número», dice Hedrich. Este proceso de conteo se basa en unos pelillos que son estimulados por el insecto, de los que hay tres en cada lado de la trampa. La activación de ellos en el orden y ritmo adecuado permite a la planta discernir entre un insecto, por lo que merece la pena cerrar la trampa , y el caso en el que cae algo inerte y entonces que no le merece la pena cerrarla (algo costoso). Así que creen que es importante entender los principios biofisico-mecánicos que permiten a la planta contar estos estímulos y tomar decisiones.
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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Cóctel digestivo de plantas carnívoras
Foto: Wikipedia.
13 Comentarios
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sábado 23 mayo, 2020 @ 3:22 am
Sería un ejemplo de convergencia evolutiva y, al mismo tiempo, de la «Teoría Pepe Gotera y Otilio» del amigo Lluís: ante el desarrollo de una nueva función, no han aparecido genes completamente nuevos, solo ha habido cambios en genes antiguos que estaban implicados en otras funciones. Y los genes resultantes han acabado siendo muy similares en especies de plantas que no estaban emparentadas.
sábado 23 mayo, 2020 @ 6:29 pm
Para mí esto es una confirmación de la teoría saltacionista de S. J. Gould, puesto que, partiendo de un «jardín» de plantas normales, hubo de ser una casualidad que en una semilla se diese una duplicación de genes y, siendo esto ventajoso para la nueva especie, sus semillas proliferasen.
Y, total, no hace demasiado: 60 millones de años no es nada, como ya dice el tango aunque se queda en 20.
Pero imaginemos que el antecesor de la familia formada ahora por jirafas y ok.apis, tuviese una propensión a que su ADN procurase un cuello más largo -nada, un par poco estable (peor sujeto) que cambia de lugar, o algo así-. Puede ser que se formasen en uno o dos saltos, aunque ello no obstase para que, luego, hubiese una adaptación de los más altos para ramonear entre las espinas de las acacias los brotes más tiernos. O sea que tenemos como supergrandes a Darwin -no cito a Lamarck para no enfadar a Neo-, Mendel, Gould y Margulis; cada uno aportando fundamentos imprescindibles para comprender la evolución.
Fuertes abrazos, Miguel, admirador de Gould y sus fabulosas gouldiosidades.
lunes 25 mayo, 2020 @ 5:24 pm
Si lo he entendido bien hay una interacción entre los ‘pelos’ de la planta atrapamoscas y el insecto que cae en la hoja y como consecuencia de esa interacción surge un potencial eléctrico. Y para acabar de causar asombro esa especie de ‘inteligencia’ de la Venus, la ‘chica’ es capaz de contar los estímulos eléctricos, recordarlos durante ‘un tiempo’ (¿tiene memoria?) y luego toma decisiones en un sentido u otro. Impresionante, la verdad.
Miguel Ángel, se podría decir que todo este proceso ‘inteligente’ de la Venus, refina un poco la teoría » Pepe Gotera y Otilio»
Un fuerte abrazo, amigos Miguel Ángel y Tomás.
lunes 25 mayo, 2020 @ 10:09 pm
Querido amigo Tomás:
Considerando que las plantas no carnívoras también son capaces de asimilar nutrientes a través de las hojas (muchas también a través del tallo), para decir sin «peros» que hay saltacionismo pondría la condición de que todos los genes que han cambiado lo hayan hecho simultáneamente, que supongo que sí.
Querido amigo Lluís:
Considerando que las plantas no tienen sistema nervioso ni se pueda plantear que tengan consciencia, desde luego que es interesante.
Puede haber analogías con otro caso que he mencionado algunas veces sobre el comportamiento de los paramecios (que son unicelulares y por lo tanto tampoco disponen de sistema nervioso): ante la aplicación de un estimulo agresor, emprenden la huida, pero si el estímulo se aplica repetidamente, se puede comprobar que huyen cada vez más rápido.
Para el caso de los paramecios se ha propuesto que pudiese estar implicada una proteína intracelular. Si esta proteína actúa promoviendo una huida más rápida, la selección natural promocionará este tipo de mecanismo inconsciente.
En el caso de las plantas carnívoras también podría estar implicada alguna proteína o la propia membrana celular. O ambas.
Dobles abrazos.
lunes 25 mayo, 2020 @ 11:53 pm
En el caso de las plantas no carnívoras, estaba pensando en el aprovechamiento de los nutrientes que hay en los excrementos de los insectos que circulan sobre las hojas.
Recuerdo un documental en el que mostraban una planta que producía un néctar que era lamido por un pequeño mamífero (pero no recuerdo qué mamífero): debajo de la zona productora de néctar dispone de una estructura en forma de jarro donde caen los excrementos del animal mientras lame el néctar.
martes 26 mayo, 2020 @ 10:48 am
Querido Miguel: Cuando digo un par, es por no complicar. Ha de ser un gen o varios, aunque, bien mirado, es precisa alguna debilidad en algún lugar de la cadena. Supongo, pero podría estar la razón última en el codificador de proteínas. Quizá la genética lo sepa o esté en condiciones de averiguarlo; yo sólo puedo suponer.
Un abrazo.
martes 26 mayo, 2020 @ 11:01 am
Tu 5, Miguel, me hace recordar a algún rey o reina exquisitamente alimentados e higienizados por sus sirvientes. El «depositorio» ¿es un jarro o un cáliz de, más ancha, y venerada boca?
¡Jo, qué malo soy!
martes 26 mayo, 2020 @ 7:51 pm
De acuerdo Miguel Ángel, pero si carecen de un sistema nervioso, que así es, a no ser que haya algun tipo de microsistema desconocido que haga de ‘nervios’ ¿Cómo interpretan que algo es beneficioso o inútil o peligroso? ¿Cómo diferencian entre beneficioso o inútil sin comprender estos conceptos? Lo mismo podría decir respecto a lo peligroso o lo pacífico? y sin que experimenten en algunos casos agresión alguna. ¿Por instinto? ¿Y qué es el instinto? ¿No implica ‘el instinto’ algún grado de reflexión?
Saludos.
miércoles 27 mayo, 2020 @ 10:37 am
Seguro, Lluís, que Miguel te contesta con más conocimiento que yo, pero las plantas, muchas, han demostrado reacciones de defensa química ante agresiones de hormigas, o de mamíferos -y supongo que de cualquier otro grupo- sin necesidad de sistema nervioso. Para mí, el instinto es una palabra hoy vacía que intentó explicar reacciones o acciones propias de un cierto razonamiento que, como animales no razonantes había que explicar y se les otorgó el instinto aplicable a todos, desde insectos a chimpancés. Ya sabemos que no, así que descartado el instinto.
Ha de ser algo que se transmite de célula a célula ordenando una reacción que se verá premiada por la selección. ¿Una señal eléctrica?, ¿una contracción o expansión? No puedo saberlo. Ya nos dirá nuestro K.alicatres sapientísimus, mi admirado Miguel, algo sobre ello.
Un fuerte abrazo, Lluís.
miércoles 27 mayo, 2020 @ 6:32 pm
Interesante comentario, Tomás, puede que la cosa vaya por donde dices, pero a veces he pensado si los genes que son información, no pueden también transmitir información de carácter cultural y hereditaria, adaptada a cada especie, esa transmisión cultural implicaría una serie de actitudes relacionadas con ciertos grados de ‘inteligencia’. De hecho existen especies que parecen ser más inteligentes que otras, nosotros mismos somos una especie inteligente.
Es una especulación, claro. Pero lo cierto es que cada vez nos llevamos más sorpresas con determinadas habilidades que observamos en el mundo de las plantas y los animales.
Sin ir más lejos aquí hay otro estudio bien sorprendente sobre abejorros y floración.
Un fuerte abrazo, Tomás.
jueves 28 mayo, 2020 @ 2:17 am
https://youtu.be/00Tst6g49Ng
jueves 28 mayo, 2020 @ 9:15 am
Estamos especulando, claro, pero aceptaría tu propuesta un poco rebajada. «No pueden también transmitir información de carácter cultural y hereditaria…» lo variaría levemente: «… de carácter hereditario cultural…». Diría que seguro. Ya hace muchos años que el admirable Félix Rodríguez de la Fuente nos enseñó a un alimoche apedreando a un huevo. Incluso, aunque una actividad pueda ser transmitida a la siguiente generación y no totalmente genética, por ejemplo los chimpancés y sus ramitas deshojadas para pillar hormigas, se necesita una base cerebral preparada para aprender. Creo que hay cosas que nunca se le podrán enseñar a algunos animales porque no tienen el cerebro preparado para asimilarlas, y eso, como dices, es genético y, por tanto hereditario. Como señalas, ahí estamos nosotros. Y la prueba de que la base necesaria precisa luego el aprendizaje la tenemos en los humanos separados de nuestra sociedad de niños, que perece ser nunca se integran correctamente y, a veces, prácticamente no se integran nada, con terribles consecuencias mentales para ellos.
Esperemos que Miguel nos eche una mano.
Un abrazo.
jueves 28 mayo, 2020 @ 9:26 pm
No me parece que vayáis desencaminados, queridos amigos. Aunque las plantas carecen de sistema nervioso, son capaces de detectar estímulos externos y dar respuestas. En respuesta a un estímulo externo como la humedad, echarán raices, y en respuesta a otro como la luz, dirigirán sus tallos y hojas hacia donde provenga.
Pero también hay información vehiculada por los genes en el sentido que apuntas, querido Lluís: volviendo al ejemplo que acabo de poner de la luz, algunas plantas prácticamente no se desvían aunque la luz proceda siempre de la misma dirección. Es algo que he podido confirmar en mi acuario, donde decidí poner sendas Echinodorus bleheri en cada una de las esquinas posteriores, estimando que, aunque la luz les llegue siempre desde el centro del acuario, se iban a desviar mucho menos hacia dicho centro que si pusiese plantas de tallo. Y así ha sido, de hecho, su estructura es perfectamente simétrica. No se desvía en absoluto: parece ser que estás plantas crecen siguiendo un diseño uniforme que parece estar mucho más determinado por sus genes que por la dirección donde llegue la luz. Esta es al planta a la que me refiero:
https://www.flordeplanta.com.ar/acuaticas/especies-acuaticas-la-planta-espada-echinodorus-bleheri/
Aunque la plantas no tengan sistema nervioso ni consciencia, no solo son capaces de detectar estímulos y responder a ellos: también estás en lo cierto, amigo Lluís, en cuanto a que hay información capaz de llegar al núcleo, provocando la activación de genes que se traducirá en la síntesis de determinadas proteínas.
Abrazos para ambos.