Fuente: La Pensa

A menudo, la sequía y las altas temperaturas provocan importantes pérdidas en el rendimiento de cultivos alimentarios valiosos.

A medida que la frecuencia de los fenómenos meteorológicos extremos aumenta debido al cambio climático, ha crecido también el interés en la bioingeniería de plantas de cultivo con los mismos mecanismos de tolerancia a la sequía que tienen las plantas de zonas muy calientes. Pero ¿es realmente posible lograrlo?

Entender cómo las plantas evolucionaron la capacidad para sobrevivir a estos extremos es parte de un nuevo estudio de Klaus Winter, científico senior del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, y J. Andrew C. Smith de la Universidad de Oxford. Sus hallazgos indican que la bioingeniería de plantas resistentes a la sequía podría no ser tan fácil como han propuesto algunos científicos.

Las plantas adquieren su energía a través de la fotosíntesis, el proceso mediante el cual absorben la luz solar, el dióxido de carbono y el agua y lo convierten en azúcares y otros compuestos orgánicos. Sin embargo, no todas las plantas hacen esto exactamente de la misma manera. Muchas especies de áreas cálidas semiáridas han desarrollado una forma de fotosíntesis llamada metabolismo del ácido crasuláceo (CAM por sus siglas en inglés), que se encuentra comúnmente en las plantas suculentas. Esto les permite absorber el dióxido de carbono en la oscuridad, para evitar hacerlo durante las horas más calurosas del día, lo que reduce en gran medida la pérdida de agua por evaporación a través de los estomas en las superficies de las hojas y los tallos.

Debido a que la energía lumínica no está disponible durante la noche, el dióxido de carbono absorbido se almacena temporalmente en la planta como ácido orgánico y al día siguiente, cuando puede retomar el proceso de fotosíntesis, se vuelve a transformar en dióxido de carbono. Sin embargo, una pregunta central para Winter y Smith era si las plantas normales podrían integrar fácilmente esta adaptación en su metabolismo fotosintético. Algunos científicos han propuesto que, dado que la capacidad de acumular ácidos orgánicos es bastante común en el reino vegetal, es posible que no haya barreras generales para la bioingeniería de la fotosíntesis CAM.

En su nuevo análisis, Winter y Smith concluyen que el metabolismo de los ácidos orgánicos en las plantas CAM difiere del de las plantas normales en dos aspectos cruciales. Una es que la fijación de dióxido de carbono por la noche en plantas CAM siempre está asociada con la acumulación de ácido málico, mientras que este ácido orgánico solo se acumula en plantas normales durante el día. En segundo lugar, en un experimento realizado con 70 especies diferentes de 40 familias de plantas que crecen en Panamá, los autores midieron los cambios de acidez en los tejidos de las plantas durante el ciclo día-noche. Como se esperaba, la acidez titulable aumentó sustancialmente durante la noche en todas las plantas CAM examinadas, pero no se observaron cambios de acidez de día a noche en las plantas normales, lo que nuevamente implica diferencias distintivas en el metabolismo dentro de sus tejidos.

En otras palabras, la adaptación de las plantas CAM para capturar dióxido de carbono por la noche parece implicar una reprogramación fundamental del metabolismo de los ácidos orgánicos, vinculado a su modo especial de fotosíntesis. Aún no se sabe si se trata de un simple ajuste que pueden realizar las plantas normales. Pero los hallazgos sugieren que el éxito en la bioingeniería del rasgo CAM dependerá de una comprensión detallada de la regulación del metabolismo ácido día-noche en las células fotosintéticas, que deberá ser el foco de futuras investigaciones.

En última instancia, la capacidad de las plantas para asimilar dióxido de carbono de manera más eficiente, y hacerlo con una menor pérdida de agua, podría ser muy importante para la supervivencia de especies en áreas tropicales donde el cambio climático provocará una disminución en las precipitaciones.

Los resultados de este estudio podrían ayudar a orientar los esfuerzos futuros dirigidos a la bioingeniería del rasgo CAM para mejorar la productividad de las plantas de cultivo y su tolerancia al estrés.

El artesano nepalí, Chandra Bahadur Dangi, ostenta el récord de ser el adulto de estatura más baja del mundo, con 54.6 cm (1 pie 9 ½ pulgadas). El humano más alto es Sultan Kösen, un granjero turco, casi cinco veces más alto con 2.52 metros (8 pies 3 ¼ pulgadas). En la naturaleza, las diferencias de tamaño entre los machos de una sola especie no son infrecuentes, pero en un nuevo artículo, un equipo del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI), la Universidad de Auckland y la Universidad de Arizona, descubrió un caso de escarabajos machos que no solo son extremadamente distintos en tamaño, sino que también brindan una respuesta a un enigma de larga data en la biología evolutiva: ¿cómo pueden los animales más grandes permitirse el costo energético de fabricar y mantener armas desproporcionadamente grandes?

asi una de cada cuatro especies en el mundo es un escarabajo: hasta ahora se han identificado alrededor de 350 mil especies de escarabajos. Se sabía que los gorgojos jirafa machos de Nueva Zelanda, Lasiorhynchus barbicornis, eran los escarabajos más largos del mundo, pero cuando los investigadores midieron las diferencias en el peso de los escarabajos más pequeños y más grandes, se llevaron una sorpresa:

“Cuando vi por primera vez los pesos de los machos más pequeños y más grandes, pensé que alguien había cometido un error”, comentó Ummat Somjee, becario Earl S. Tupper en STRI. “Pero los volvimos a pesar y obtuvimos los mismos resultados. Los machos más grandes son 30 veces más grandes que los más pequeños. Este es el rango de tamaño adulto más grande que conocemos de cualquier especie de escarabajo en el mundo”.

Financiamiento. Auspiciadores

Este estudio fue financiado por: Journal of Experimental Biology (JEBTF181132) y una beca posdoctoral Earl S. del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, la Royal Society of New Zealand Marsden grant (# 15-UOA-241), Rutherford Foundation.

Y como muchos otros animales con armas para combatir (como elefantes con colmillos y antílopes con cuernos), los machos grandes tienen probóscides desproporcionadamente más grandes que las probóscides de los machos diminutos. Un macho grande domina a una hembra mientras ella pone un huevo, usando su probóscide extralarga como lanza para defenderse de sus rivales mientras la fertiliza. Pero a medida que los grandes machos compiten por la posición de arriba, uno de los machos más pequeños puede estar escondiéndose debajo de sus pies para fertilizar a la hembra. Debido a que ambas estrategias de apareamiento dan como resultado descendencia, persisten tanto los machos grandes como los pequeños.

En los bosques tropicales, cada gasto energético puede significar la diferencia entre la vida y la muerte. A Somjee le fascina la economía de la energía y busca inspiración en los insectos. Los gorgojos jirafa machos, literalmente encarnan enérgicas compensaciones. Las probóscides de los machos grandes son desproporcionadamente más grandes que las probóscides de sus homólogos más pequeños: así que a primera vista parece que los machos grandes invierten relativamente más materiales y energía en sus armas que los machos más pequeños. ¿Pero es éste realmente el caso?

Somjee se asoció con Chrissie Painting, ahora profesora senior de la Universidad de Waikato y experta local en estos escarabajos en Nueva Zelanda, para analizar más de cerca la economía del armamento de los escarabajos. Para medir la cantidad de energía que usan los machos grandes y pequeños, los colocaron en pequeñas cámaras y midieron su consumo de oxígeno. Descubrieron que los machos más grandes invierten menos, no más, en términos de energía, por gramo de tejido en sus cuerpos en comparación con los más pequeños. ¿Cómo llevan estos machos grandes armas relativamente más grandes y aún invierten en costos metabólicos relativos más bajos?

“Los machos grandes son como autos muy eficientes en combustible, son el Prius del mundo de los escarabajos (58 millas por galón), y los pequeños son más como el Rolls Royce Phantom Coupe (14 millas por galón). ¿Cómo pueden los machos grandes ser tan eficientes energéticamente y seguir soportando los costes energéticos adicionales de un arma más grande?”, comentó Somjee.

El secreto, descubrieron, radica en la arquitectura del arma en sí. Las probóscides pequeñas están formadas por una alta proporción de tejido vivo, que es relativamente más costoso de mantener, como nuestros músculos, pero las probóscides grandes tienen una mayor proporción de cutícula, como la queratina en nuestro cabello y uñas, que es mucho más barata de mantener. Entonces, los machos grandes en realidad están usando menos energía para mantener sus armas desproporcionadamente grandes, que la energía que usan los machos pequeños para mantener sus armas pequeñas.

El hallazgo de que los individuos grandes a menudo portan armas desproporcionadamente grandes ha sido un enigma en biología durante casi un siglo. Estos extraños gorgojos demuestran que los animales grandes pueden reducir los costos de las grandes estructuras. Ahora Ummat está de regreso en Panamá en busca de otras especies de insectos para averiguar si otros insectos con estructuras extremas también encuentran formas creativas de minimizar sus costos de mantenimiento.

“Es precisamente debido a la variación de tamaño inusualmente grande de los gorgojos de la jirafa que pudimos responder a esta pregunta evolutiva de larga data”, comentó Somjee. “Los gorgojos jirafa no encuentran de alguna manera energía extra para sostener sus cabezas gigantes, cambian la arquitectura de sus cabezas para hacerlas más eficientes y así ahorrar energía”.