Crean superespinaca que detecta explosivos

Foto C. Daniloff/MIT

Foto C. Daniloff/MIT

La espinaca ya no es solo el superalimento que proporciona energía extra a Popeye el bueno. No. Viene ahora con un ingrediente adicional, el más extraño que se pudiera imaginar: puede detectar explosivos e informarlo.

Es la más novedosa demostración de sistemas de ingeniería electrónica aplicada a plantas, lo que científicos llaman nanobiónica de plantas.

La meta de esta rama “es introducir nanopartículas en la planta para darle funciones no nativas”, en palabras de Michael Strano, profesor del MIT y líder del equipo de investigación.

En el caso que nos ocupa, las espinacas fueron diseñadas para detectar compuestos químicos conocidos como nitroaromáticos, que con frecuencia se usan en minas antipersona y explosivos. Cuando uno de estos químicos está en el agua del suelo, que toma la planta,los nanotubos insertados en las hojas emiten señales fluorescentes que pueden ser leídas por una cámara de infrarrojo, que puede estar ligada a un pequeño computador parecido a un celular inteligente, que envía un correo a la persona.

Es una novedosa demostración de cómo franqueamos la barrera de comunicación planta-humano”, según Strano, quien cree que el poder de la planta podría ser equipado para advertir sobre contaminantes y condiciones ambientales como sequía.

El avance fue presentado en Nature Materials.

Hace dos años, en una primera demostración, Strano y su entonces estudiante Juan Pablo Giraldo usaron nanopartículas para aumentar la capacidad de fotosíntesis de la planta y convertirla en sensor del óxido nítrico, contaminante derivado de la combustión.

Como las plantas toman tanta información de sus alrededores, son ideales para monitorear el ambiente, explicó Strano.

Son buenos analistas químicos. Tienen una extensa red de raíces en el suelo y están constantemente examinando el agua, y tienen el poder de transportarla a sus hojas”.

Hallan una de las flores más antiguas

La planta con sus flores. Foto David Dilcher

Que haya sido la primera, no. Pero que fue una de las primeras, sí. Paleobotánicos de Indiana University encabezados por David Dilcher identificaron una planta de agua dulce de hace 125 a 1330 millones de años que está entre las primeras que florecieron.

El hallazgo reportado en Proceedings of the National Academy of Sciences, significa un cambio grande en la forma presumida de las primeras flores del planeta, las angiospermas.

Para Dilcher, genera grandes inquietudes acerca de la historia evolutiva inicial de las plantas de flores, así como de su rol en la evolución de otras plantas y de la vida animal.

Se trata de Montsechia vidalii, acuática, que alguna vez fue abundante en lagos de agua dulce en lo que ahora son regiones montañosas en España. Los fósiles fueron descubiertos hace más de 100 años en depósitos del rango Iberia en centro de España y el rango Montsec en los Pirineos, cerca a la actual frontera con Francia.

Otra planta, hallada en China, Archaefructus sinensis, estaba propuesta como la primera planta de flores.

“La primera flor es un mito, como el primer humano”, dijo Dilcher. “Pero basados en este análisis sabemos ahora que Montsechia es contemporánea, sino es que es más antigua que Archaefructus.

El investigador es autoridad mundial en anatomía y morfología de las angiospermas que ha estudiado por décadas el surgimiento y diseminación de las plantas de flores.

El fósil, dijo, no fue bien entendido y fue malinterpretado en los análisis iniciales.

Las nuevas conclusiones se basan en un análisis de más de 1.000 restos fosilizados de Montsechia, cuyas estructuras de yemas y hojas fueron separadas de la roca aplicando ácido hidroclórico. Y la cúticula, esa capa protectora d ellas ho9jas que revelan su forma fueron también tratadas con una mezcla de ácido nítrico y clorato de potasio.

Para Donald H. Les, profesor de ecología y biología evolutiva de la University of Connecticut, el estudio ofrece una nueva perspectiva de un gran misterio en la biología de plantas.

Créalo: las plantas no son sordas

Cortesía U. Missouri

No están locos ni se la fumaron verde. Científicos reportaron que las plantas pueden oír, algo que ha sido enunciado en algunos medios cuando se refiere a los sistemas de defensa de ellas.

Se sabía que pequeñas plantas de mostaza reaccionan a los sonidos de orugas que comen las hojas y establecen defensas químicas para impedir que la fiesta continúe. El nuevo estudio publicado en Oecologia muestra que ante el sonido otra planta también reacciona para evadir el ataque.

Heidi Appel, bióloga de la Universidad de Missouri y su colega Rex Cocroft diseñaron un experimento para ver si de verdad escuchaban a su depredador. Colocaron un pedazo de cinta reflectiva en una hoja, luego pusieron en una hoja vecina gusanos hambrientos. Y pusieron un laser que daba sobre la cinta. Si se movía aún imperceptiblemente, la luz reflejada lo haría. Y la rapidez en la variación daría una medida del movimiento de la hoja.

El trabajo se hizo con Arabidopsis, la planta que se ha convertido en conejillo de indias para infinidad de investigaciones. A medida que los gusanos se daban un festín, registraron las vibraiones. Luego las hicieron sonar en otra planta. Un pequeñísimo parlante movía las hojas 10/1.000 de una pulgada. Se movían pero no había gusano.

En la etapa final colocaron gusanos en las plantas que habían ‘escuchado’ los sonidos, mientras otras servían de control. A los dos días removieron los insectos y analizaron varias hojas de cada planta. Comparadas con las que permanecieron en silencio, aquellas que habían escuchado los sonidos tenían un 30% de más químicos defensivos.

Fue sorprendente, pero querían saber si había una respuesta similar al viento y otros movimientos no relacionados con los gusanos.

Diseñaron el experimento colocando distintos sonidos, como el del viento o los chillidos de un insecto. Solo aquellas a las que se les puso el del gusano masticando generaron más químicos defensivos.

La idea de Appel y su grupo es hacer el trabajo con otras plantas y distintas clases de insectos.

Hallan una planta que ‘hace magia’

Diferentes formas de las hojas. C. Biology

En animales es común y en plantas se han documentado muy pocos casos. ¿Una planta imitadora? Sí, y la mejor. Eso reportaron investigadores en Current Biology. Una enredadera que cuando alcanza la rama de un árbol sus hojas adquieren la forma y el color de las de su hospedero.

Pero lo mejor es esto: los tallos pueden alcanzar distintos árboles a la vez, de diferentes especies, y en cada uno, de hojas de tamaños y formas distintas, se mimetizan. Es decir, puede adquirir distintas formas y colores según los árboles a los que se han trepado.

Se trata de una especie que crece en climas australes, Argentina y Chile, Boquila trifoliolata.

Las hojas de los tallos de la enredadera que no han alcanzado aún un árbol, tienen hojas diferentes a las que sí los han abrazado ya.

¿Cuál es la razón? Los científicos lograron evidencias de que se trata de proteger contra el ataque de herbívoros.

Hasta ahora el caso más conocido de camuflaje en plantas eran unas plantas semiparásitas en Australia, cuyas hojas imitan las de su hospedero.

Los investigadores del artículo en Current Biology no tienen una explicación sobre el mecanismo que logra que las hojas adquieran distintas formas y colores a la vez.

Podría tratarse de compuestos orgánicos volátiles, que podrían ser percibidos por la planta. O, también, aunque menos plausible, podría ser que se tratase de un fenómeno de transferencia horizontal de genes.

Todo un misterio el que envuelve a esta mágica planta que imita tan bien, y al tiempo, distintas clases de árboles.

Gusanos construyen casas de interés social

Este es el caso del gusano que construye casas de interés social. Sí, los gusanos enrolladores de hojas, considerados plagas en muchas regiones, cumplen un papel ecológico grande.

Los del género Anaea son las larvas de las mariposas alas de hoja, llamadas así porque sus alas semejan hojas muertas. Se protegen en su etapa de gusano al enrollarse en una hoja, como un cigarro envuelto y se aseguran con una seda que producen.

Los Anaea solo usan su ‘cabaña’ de hojas durante una semana más o menos, pero las hojas enrolladas permanecen hasta un año, lo que permite que distintos artrópodos tengan vivienda.

De acuerdo con un estudio aceptado para publicación en Ecology, esas moradas sirven de hogar a más de una docena de artrópodos.

Camila Vieira, ecóloga de la Universidad de Campiñas en Sao Paulo, Brasil y el biólogo Gustavo Romero tomaron hojas enrolladas o no de 67 plantas Croton floribundus, favoritas de esos gusanos. Enrollaron unas y las examinaron cada 15 días. Los resultados fueron contundentes: durante la temporada seca de junio a septiembre, el número de especies de insectos que usaron esas viviendas fue 9 veces más grande que el número d especies halladas en las hojas lisas. E incluso en la época lluviosa de diciembre a marzo, había 5 veces más especies en las hojas enrolladas que en las otras.

“Toda la comunidad de artrópodos que alberga esa planta están influenciados por las hojas enrolladas de los gusanos”, dijo Vieira a OurAmazingPlanet.

En total en las hojas enrolladas los investigadores encontraron más de 9.000 artrópodos de 433 especies. En la temporada seca, las hojas enrolladas en 60 plantas de la selva brasileña albergan más de 3.000 bichos, incluyendo arañas, escarabajos, grillos y gusanos, incluido otro distinto a los Anaea que parece toma ventaja del nido ya construido por lo que se evita ese trabajo.

Los autores creen que las hojas enrolladas son como unos micro ambientes que protegen los artrópodos de la nociva radiación ultravioleta y que evita que se deshidraten. Como aquellos gusanos están por todos lados, son fundamentales en el ecosistema.

Adiós alergias: crean plantas sin polen

El polen es uno de los grandes causantes de rinitis, por lo que en ciertas temporadas miles de personas sufren las consecuencias.

Eso podría ser parte del pasado. Sí: una nueva investigación publicada en el journal BMC Plant Biology revela cómo introduciendo un par de genes bacterianos en una planta ornamental Pelargonium (a la que pertenecen los geranios) se produce una planta libre de polen y con una larga vida.

Estas son una de las plantas más populares, cruzadas para producir una gran variedad de formas en las hojas, flores y esencias y tienen rasgos comerciales como el florecer continuamente, resistencia a las pestes y una calidad uniforme.

Bueno, en un proyecto colaborativo, investigadores del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas y Biomiva, de España, modificaron la Agrobacterium tumefaciens (la responsable de causar los conocidos tumores de cuello o agallas) insertándole genes modificados. Uno, codificando una enzima Isopentenyl phosphotransferase (ipt) que fue diseñada para destruir selectivamente las anteras productores de polen.

El ADN modificado fue inyectado por la bacteria en células de Pelargonium zonale, en las que subsecuentemente fue integrado al genoma de la planta. Matas individuales que crecieron de esas plantas transgénicas P. zonale portando los genes modificados tenían más ramas y hojas de lo normal. También tenían flores y hojas pequeñas, con colores más vibrantes y la citoquinina extra en las hojas indicó que vivían más.

Luis Cañas, uno de los investigadores explicó que “la enzima cataliza la tasa de biosíntesis de la citoquinina y consecuentemente la enzima extra produce más citoquinina y previene que las células envejezcan”.

Además, el uso de un promotor específico de anteros mediante la expresión de un gen bacterial (ribonucleasa), previene el desarrollo de células macho progenitoras en anteras y polen, creando plantas libres de polen.

La generación de plantas de larga vida son buenas nuevas para los jardineros que quieren exhibir sus flores tanto como se pueda y la ausencia de polen es una gran noticia para quienes sufren la rinitis alérgica y también evita la liberación accidental de los transgenes al ambiente. La citoquinina adicional, sin embargo, no protege contra los jardineros que se olvidan de regar las matas.

Foto cortesía Luis . Cañas: pelargonios como los geranios se cultivan hace muchos siglos.

La planta carnívora más extraña

La más sofisticada herramienta de caza acaba de ser detectada en una planta brasileña.

Sí: de caza. Mediante hojas pegajosas que permanecen enterradas, la planta captura y digiere gusanos, una forma desconocida de proveerse alimento en plantas carnívoras.

La planta, Philcoxia minensis, se encuentra en las llanuras tropicales de Brasil, y aunque algunas de sus pequeñas hojas crecen sobre la superficie, la mayoría yace debajo de la superficie de las arenas blancas donde crece.

El hallazgo fue presentado en Proceedings of the National Academy of Sciences.

Cuando la planta fue documentada por primera vez, los científicos notaron las hojas redondeadas soportadas por yemas y terminadas por glándulas que segregan una sustancia pegajosa. Todos esos son indicativos de una planta carnívora, pero nunca se le vio en acción.

“Por lo general pensamos que las hojas solo son órganos fotosintéticos, por lo que a primera vista luce extraño que una planta tenga hojas subterráneas, donde hay poca luz”, dijo Rafael Silva Oliveira, ecólogo de la Universidad de Campiñas en Brasil, a LiveScience. “¡Por qué favorecería la evolución la persistencia de este rasgo aparentemente desfavorable?”

Al sospechar que podría ser una planta carnívora los científicos examinaron si podía digerir y absorber nutrientes de varios nemátodos que terminan atrapados por el pegajoso aditivo.

Los análisis químicos de las hojas mostraron que descompone y absorbe los gusanos. Las hojas poseen igualmente actividad enzimática digestiva similar a la conocida en plantas carnívoras, lo que indica que los gusanos nos e descomponen naturalmente.

Los investigadores especulan que las hojas atrapan los gusanos y leugo secretan enzimas que digieren los gusanos.

Datos de Nature indican que apenas 0,2% de las plantas con flores son carnívoras, dato que podría estar subestimado.

Foto cortesía PNAS

Hallaron primer colchón de hace 77.000 años

No se crea que los humanos desde que son humanos tenían camas y colchones de esos con resortes.

Científicos descubrieron la evidencia más antigua de un colchón: fue hace 77.000 años en un sitio en Sudáfrica, revela un informe hoy en Science.

Un grupo internacional de arqueólogos reportó no solo el hallazgo de lo que parece ser una cama con colchón, sino de un repelente contra insectos.

El descubrimiento es 50.000 años más antiguo que lo que se conocía hasta ahora.

En estas camas, las plantas hacen las veces de colchón. Fueron halladas en excavaciones en la capa Sibudu en KwaZulu, donde Lyn Wadley ha estado excavando desde 1998. Al menos en 15 capas diferentes hay rastros de camas, datando de hace 38.000 a 77.000 años.

Las camas consisten de capas compactas de unos centímetros de ancho de ramas y hojas de cárex (una especie de hierba maleza), que se extienden al menos 1 metro cuadrado y hasta 3 metros en el área excavada.

La evidencia más antigua está muy bien preservada y consiste de una capa fosilizada de esa maleza, cubierta por una delgadísima capa de hojas identificadas por la botánica Marion Bradford como pertenecientes a Cryptocarya woodii.

Las hojas contienen 3 químicos que son insecticidas y habrían servido para repeler los mosquitos. “La selección de estas hojas para la construcción de las camas sugiere que los pobladores de Sibudu tenían conocimiento de las plantas que rodeaban el asentamiento y estaban enterados de sus usos medicinales.

Las medicinas herbales habrían sido una ventaja para la salud humana de entonces y el uso de plantas repelentes de insectos agrega una nueva dimensión a la comprensión de la conducta humana de hace 77.000 años, dijo Wadley.

“Los pobladores habrían recolectado las matas a lo largo del río uThongathi, situado exactamente debajo del sitio y las habrían colocado en el piso. Las camas no solo se habrían usado para dormir sino que habrían proporcionado una superficie agradable para vivir y trabajar”.

Del equipo hicieron parte además de Wadley, de University of the Witwatersrand, Johannesburgo, Christopher Miller (University of Tübingen, Alemania), Christine Sievers y Marion Bamford (University of the Witwatersrand), y Paul Goldberg and Francesco Berna (Boston University, USA).

El análisis microscópico de las camas, conducido por Miller, sugiere que las personas rellenaban continuamente las camas durante el curso de la ocupación.

También demostró que después de hace 73.000 años, regularmente quemaban las camas, posiblemente para remover pestes.

Las camas están asociadas también con restos de numerosas fogatas.

Foto de los colchones: se observan (color más oscuro) entre las capas de tierra en el sitio de la excavación, cortesía L. Wadley-Science

Plantas que producen medicinas

No confunda plantas medicinales con medicinas en las plantas. Sí. Nos e trata de unas gotas de valeriana ni del té para no sé qué. No.

Científicos en el Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology en Aachen (Alemania) están utilizando plantas para producir productos biofarmacéuticos: proteínas que, a diferencia de otras medicinas, no pueden ser producidas químicamente.

Medicamentos producidos biológicamente, como la insulina recombinante o anticuerpos terapéuticos para combatir el cáncer, se hacen indispensables hoy.

Las plantas, reveló un informe de prensa de esa institución, son adecuadas para producir sustancias activas complejas. En ellas pueden fabricarse, por decirlo así, de modo barato y en gran escala. En comparación con una producción en células animales, las plantas tienen la ventaja de que crecen con rapidez, son fáciles de seguir y pueden ser protegidas contra influencias dañinas.

Pero, ¿qué se ha logrado? El tabaco fue una primera elección. Jürgen Drossard explicó que es una planta muy interesante para los biólogos moleculares. “Es fácil de modificar, es decir que un gen extraño que codifica por la proteína farmacéutica requerida se puede insertar”. Además, agregó, crece con rapidez una biomasa importante y entonces se produce una gran cantidad de las proteínas deseadas.

Los controles de esta producción son extremos. Las plantas de tabaco se protegen de influencias externas y crecen bajo condiciones de control extremo. “Las plantamos en sustratos estériles”, dijo Thomas Rademacher, otro investigador.

Que crezcan no es el gran problema. ¿Cómo obtener de las hojas la proteína requerida para ser cosechada? El equipo desarrolló un equipo adecuado, pues los existentes para cualquier cosecha son muy diferentes.

Las proteínas obtenidas por este medio están siendo examinadas hoy para ser usadas en estudios clínicos. Los anticuerpos, por ejemplo, podrían ser empleados para manufacturar un gel vaginal con el que las mujeres se podrían proteger de una infección con el VIH.

“Queremos demostrar que se puede hacer”, precisó Stefan Schillberg.

En otra aproximación, se trabaja en una vacuna contra la malaria fabricada en las plantas.

En la foto, Jürgen Drossard, Thomas Rademacher y Stefan Schillberg, en una de las plantas en las que trabajan. Cortesía D. Mahler.

Especial fin de semana

Acéptelo: las plantas se secretean entre ellas

 

Quizás, tras leer este informe, cambie su pensamiento sobre las plantas. La vieja noción que entregaban los profesores de que son organismos inmóviles que sólo se alimentan y reproducen, no es valedera hoy.

Las plantas no sólo se comunican entre sí, por las raíces o por compuestos volátiles, sino que lo hacen con los animales.

De una u otra manera, han desarrollado formas para saber quién crece en el vecindario y tal como nos sucede a los humanos, algunas crecen mejor en ambientes sociales, mientras que otras se defienden en la soledad.

Hay árboles que, por ejemplo, no se desarrollan bien en presencia de otros miembros de su especie. Un estudio reciente encontró que semillas que acaban de surgir no parecen responder a los químicos de sus parientes mayores. Scott Mangan y colegas del Smithsonian Tropical Research Institute determinaron que cinco especies de árboles tropicales crecen mejor en el suelo donde habitan especies distintas a las suyas.

Esa aversión podría deberse a que los enemigos naturales de un árbol dado, podrían estar en el suelo adyacente. Este proceso ha presionado esos árboles para evolucionar métodos de dispersión como las frutas o las semillas que vuelan, mecanismos que eviten la competencia con sus padres.

No es el único caso, En la Universidad de California en Davis, de acuerdo con una información en Discover, científicos hallaron que algunas especies viven mejor si tienen parientes cerca. Envían señales químicas por el aire producidas por el follaje y las ramas, señales vitales para proteger las plantas de un ataque de insectos.

Richard Karbam encontró en otra investigación que plantas idénticas genéticamente crecen lado a lado para defenderse de los herbívoros., incluyendo las orugas y los grillos, de una manera más eficiente que como lo hacen plantas aisladas.

“Son capaces de responder a señales de otros individuos en la cercanía”, dijo Karban, quien investiga si esa protección se extiende a otros miembros de la familia.

Ya en 2007, Josef Stuefer, de Radboud University en Holanda, había precisado que otras plantas como la frambuesa y los tréboles forman redes. Los individuos permanecen conectados unos a otros durante cierto periodo de tiempo, conexiones que les permiten compartir información por canales internos.

Los tréboles, demostró, se secretean por esos canales, por llamarlo así, si hay enemigos cerca. Si una de las plantas es atacada por gusanos, los otros miembros de la red son alertados por las señales internas. Una vez advertidos, las plantas intactas refuerzan su resistencia química y mecánica de modo que se hacen menos atractivas para los gusanos. De este modo pueden estar un paso delante de sus depredadores. Estudios experimentales han revelado que esto reduce mucho el daño que sufren.

Es quizás por todo esto que biólogos evolutivos comienzan a pensar en el comportamiento altruista de las plantas. El altruismo puede haber surgido dado que en determinados momentos mejorar la probabilidad de supervivencia de otro organismo incrementa las oportunidades de reproducción para pasar los genes a los descendientes.

En el American Journal of Botany, Guillermo Murphy y Susan Dudley exploraron el reconocimiento de congéneres entre Impatiens pallida, nometoques como nombre vulgar. Los individuos de esta especie crecen en estrecha proximidad y responden fuertemente a la competencia sobre el suelo. Midieron la respuesta de estas plantas a dos potenciales señales de competencia (cambios en la calidad de la luz –señal sobre el suelo- y la presencia de raíces cercanas –señal subterránea) para plantas que crecían con parientes o con extraños.

La respuesta, hallaron, varía dependiendo de si crecía con parientes o si lo hacía con plantas extrañas, lo que demuestra que es capaz de reconocerlos, revelando un grado interesante de complejidad dado que ambos tipos de respuestas diferían de plantas que crecían sin ningún vecino.

Entre parientes, no aumentaban la disposición de recursos en las hojas ni en las raíces. Antes, aumentaban su elongación y las ramas, lo que puede ser un ejemplo de cooperación familiar para adquirir los recursos sin necesidad de ensombrecer a sus parientes vecinos.

Como la luz es un factor limitante para el crecimiento de esta planta en el bosque bajo donde crecen, si compitiera con sus vecinos era más probable que dispusiera de sus recursos en las hojas.

Eso es precisamente lo que hace cuando se trata de extraños: mueve los recursos a las hojas y menos hacia raíz y yemas, con lo que provee más sombra a sus rivales.

Esta respuesta se da solo en plantas que se desarrollan con otras raíces contiguas, indicando que la comunicación entre raíces debe ser necesaria para reconocer la familia.

Tan importante como eso, es distinguir los enemigos. Por eso algunas se han ingeniado un llamado de emergencia. Ciando la larva de Spodoptera exigua se alimenta en el maíz, este libera unos compuestos volátiles que actúan como un imán para las avispas Cotesia marginiventris, que deposita entonces sus huevos sobre la larva.

Puede decirse entonces que las plantas son organismos sociales más listos de lo que se cree. No tienen voz como la nuestra, pero sí… se guiñan el ojo.

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