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viernes, 23 de noviembre de 2012

Charla "¿Qué es un árbol?" Bibliografía y agradecimientos.

Gracias a @freyi por el árbol.
Para quienes hayan asistido a mi charla sobre árboles en el evento de Hablando de Ciencia celebrado en Barcelona y estén interesados en las fuentes utilizadas, aquí una lista. Para los que no hayan venido... ajo y agua.

El árbol, de Bernard Fischesser. Una obra divulgativa aconsejable para todos los públicos.

Tree Rings and Evinronment Dendroecology, 1996, de Fritz Hans Schweingruber. Un libro tochote y viejuno pero muy interesante. Dirigido a gente con cierto nivel.

Un artículo sobre los calamites. También se aconseja tener conocimientos previos:
Volume 185, 1 October 2012, Pages 64–78

Otro sobre el crecimiento secundario en árboles fósiles. Este al menos está en castellano:
Josefina Bodnari, Eliana Paula Coturel, El origen y diversificación del crecimiento cambial atípico en plantas fósiles: procesos del desarrollo involucrados Bol. Soc. Argent. Bot. 47 (1-2): 33-70. 2012


¿Qué hacer cuando puedes vivir siglos? Dibujo de factura propia. Gracias a @freyi por darle color.



Agradecer por sus comentarios acerca de cuestiones científicas a:
Emília Gutiérrez
Daniel Nadal

Por prestarme fotografías propias a:
Daniel Nadal

Por dibujar el árbol de la portada y colorear mi caricatura del cierre a:

Por hacer posible el acto a:
Los ponentes, Jorge Mederos, Daniel Nadal y Mario Beltrán; a Rubén Lijó por trabajarse el cortometraje; a la ACCC por el apoyo logístico y difusión, en particular a sus socios Raul Toran y Rubén Permuy; al Colegio de Periodistas de Cataluña por la infraestructura y, por supuesto, a todos los asistentes.

Y no olvidéis que:
Este acto es una iniciativa de Hablando de Ciencia.




... me parece que no me dejo a nadie. 




martes, 30 de agosto de 2011

Adaptaciones de las plantas al verano mediterráneo

Estamos en verano, y muchos aprovechan las vacaciones y el buen tiempo para ir al campo y a la montaña, y estar en contacto con lo que todavía queda de naturaleza. Algunos simplemente pasearán y disfrutarán del paisaje. Otros mirarán más a fondo su entorno, se fijarán y se harán preguntas. Quizás algunos de vosotros seáis de esos. Si es así, ¿os habéis planteado por qué las plantas son como son? ¿Cómo se las apañan para vivir donde lo hacen? En tal caso, quizás os interese seguir leyendo. Si no, puede que también. Haré algunos apuntes acerca del caso de las plantas mediterráneas.

Son dos los factores principales que condicionan la vegetación que podemos encontrar en un lugar: la composición y estructura del suelo, y el clima. En cuanto al suelo, es un factor que actúa en una escala espacial pequeña: podemos pasearnos ahora por un roquedo seco y con apenas unas cuantas grietas para que las plantas arraiguen, y tras recorrer medio kilómetro encontrarnos sobre el suelo húmedo, profundo y fértil que rodea a una charca. El clima, sin embargo, actúa sobre grandes escalas espaciales. Grandes extensiones de territorio presentan un mismo clima, con variaciones y excepciones locales que dependen de accidentes geográficos concretos (como la presencia de montañas). Por ejemplo, el clima mediterráneo afecta a toda la cuenca mediterránea, al igual que a buena parte de California, a Suráfrica, parte de Chile y una región de Australia.

La caracteristica del clima mediterráneo que lo diferencia de cualquier otro clima es que presenta un periodo de aridez estival que contrasta con la presencia de lluvias durante el resto de las estaciones, en especial en primavera y otoño. Existen climas, como el desértico, en los que la aridez es una constante, en otros en cambio llueve todo el año. Algunos presentan estaciones secas y húmedas, pero las temperaturas son siempre altas, por lo que no se puede hablar de un periodo estival.

Diagrama ombrotérmico característico de un clima mediterráneo. El mes de verano, cuando las temperaturas son altas, coincide con escasez de precipitaciones, y ocurre lo contrario al llegar el frío, que en cualquier caso es relativamente suave. Este diagrama corresponde al Puig de Sta. Magdalena, en Inca (Mallorca).

La vida prospera mejor cuando las temperaturas son altas. Una mayor temperatura favorece las reacciones químicas, y un ser vivo funciona a base de estas. Con el frío, el metabolismo desciende y todo en el organismo funciona más lento. Las bacterias se replican más rápidamente a mayor temperatura. Los reptiles necesitan calentarse al sol para estar más activos, y uno de los grandes éxitos de mamíferos y aves es poder mantener su cuerpo siempre caliente. De igual modo, las plantas también crecen mejor cuando el Sol calienta.

Igualmente, la vida necesita del agua líquida para subsistir. El agua es un componente esencial de cualquier ser vivo. De hecho, las mismas reacciones químicas que se ven favorecidas por la temperatura tienen lugar en una disolución acuosa que llena las células. Las plantas, además, necesitan del agua para conseguir nutrientes, pues entran disueltos en esta a través de las raíces. Dos de los ecosistemas más biodiversos y dinámicos de la Tierra, las selvas tropicales y el gran arrecife de coral, no sólo son cálidos, sino que también disponen de abundante agua.

El clima mediterráneo es un clima que presenta dificultades para las plantas. En la época de calor, el verano, escasea el agua, mientras que al llegar las lluvias la temperatura desciende. Cuando se tiene lo uno, falta lo otro. En todo caso, los inviernos mediterráneos no son muy rudos, y menos aún las primaveras y los otoños, así que son periodos que no suelen resultarles especialmente problemáticos, al menos no en comparación con los inviernos de otros climas. El auténtico desafío para las plantas mediterráneas está en sobrevivir al verano. Para esto, la evolución las ha dotado de mecanismos de diferente índole. A continuación comentaré algunos:

Un paisaje mediterráneo típico.  En primer lugar se observan algunos olivos pequeños. Arriba a la izquierda, en primer plano, podemos ver que tienen hojas bastante pequeñas. Tras el camino crecen algunas encinas, y al fondo observamos un bosque de pinos, otra planta con hojas adaptadas a la sequía. La foto se tomó en Biniamar (Mallorca).

Las hojas de las plantas tienen una cara superior, el haz, y una cara inferior, en envés. En esta última encontramos los estomas, pequeños poros invisibles a simple vista por los que la planta toma aire y por los que pierde agua por transpiración. Como es natural, en un ambiente árido le interesará perder la menor cantidad de agua posible. Cerrar los estomas parece la solución, pero no basta. Las hojas de muchas plantas mediterráneas, como la encina o el olivo, tienen cutículas gruesas e impermeables, lo que ofrece una protección adicional. El problema es que estas hojas son caras, y son más pequeñas. Si no falta el agua, una planta con hojas más anchas y finas tendrá ventaja, por eso este diseño no lo encontramos en todos los ambientes.

Otra adaptación consiste en dificultar el movimiento del aire alrededor de los estomas. La hoja transfiere agua al aire que está en contacto con ella, pero sólo hasta que ese aire llegue a un punto de saturación. Si el aire se mueve, por ejemplo debido al viento, se irá renovando y no llegará a saturarse, por lo que la hoja seguirá transpirando. La evolución ha dotado a algunas plantas de estructuras para evitar este inconveniente. Así, podemos encontrar plantas como la jara blanca cuyas hojas están cubiertas de pelitos que impiden el movimiento del aire sobre la superficie de la hoja, o el romero, que las tiene curvadas sobre sí mismas, de modo que el envés queda como en una ranura en la que el aire permanece bastante quieto.

Flor y hojas de romero (Rosmarinus officinalis). Puede observarse como están curvadas, de modo que el envés queda menos expuesto. El color blanco que tiene este se debe a que además también tiene pelos, igual que la jara blanca (Cistus albidus). La fotografía se ha tomado del Herbari Virtual del Mediterrani Occidental.

Estos pelitos, además, al ser de color blanco reflejan la luz. De este modo ofrecen a las hojas una protección adicional contra un exceso de radiación, que podría llevar a un sobrecalentamiento de la hoja y a fallos en su funcionamiento. Cuando la temperatura de una hoja sube por encima de determinado umbral, abre sus estomas al máximo, por lo que empieza a transpirar. Es algo equivalente a nuestro sudor: las moléculas, para "saltar" de la superfície de nuestro cuerpo al aire, absorben algo de energía, disminuyendo nuestra temperatura. Precisamente por esto refrescan los ventiladores: hacen que el aire se mueva sobre nuestra piel para que el agua se evapore más fácilmente de ella. Sin embargo, una planta en situación de escasez de agua sólo recurre a esto en casos críticos, puesto que no puede permitirse derrochar lo más mínimo.

Precisamente, en casos extremos de crisis existe la opción de hacer recortes en los presupuestos para reducir gastos. Así, algunas plantas pueden perder en verano gran parte de las hojas y ralentizar mucho su crecimiento. De ese modo consumirá mucho menos, y podrá superar la escasez apretándose el cinturón.

Las anteriores adaptaciones son útiles para resistir en condiciones de escasez de agua. Pero existe la alternativa de evitarlas. ¿Cómo puede hacer tal cosa una planta, que no puede moverse para buscar un lugar mejor? Algunas plantas tienen una vida corta pero intensa. Nacen en primavera, crecen rápidamente, y mueren en verano, dejando muchas semillas que repetirán el ciclo el año siguiente. De ese modo, no sólo han de preocuparse por resistir el periodo estival, sino que también evitan el invierno. De estas plantas se dice que son anuales, y ejemplos de ellas son la mayoría de las gramíneas, como el trigo, la avena o la cebada. Otras plantas hacen algo similar, sólo que al llegar los tiempos difíciles no mueren: una parte de ellas, una raíz o un bulbo con reservas, queda bajo el suelo en estado latente, esperando a que vuelvan las condiciones adecuadas para reanudar la actividad.


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Este artículo es mi primera contribución a un carnaval de biología, concretamente a la segunda parte de la Primera Edición de Biocarnaval de Verano, que alberga @DrLitos en su blog ¡Jindetrés, sal!, en el cual podréis ver el resto de participaciones. Los que no hayáis podido coger la mochila para salir al monte a ver plantas, no podréis decir que no se os ofrece la oportunidad de disfrutar de la biología.



 

martes, 26 de octubre de 2010

La percepción de las plantas

Veía el otro día esta charla de TED a través del blog La Ciencia es Bella, de Carlos Chordá. El conferenciante empieza hablando de la capacidad sensitiva de las plantas, lo cual me causó cierta incomodidad. Si bien soy consciente de que una planta reacciona a multitud de estímulos (luz solar, compuestos químicos en el aire, roces, etcétera), me dió la sensación de que Stefano Mancuso equiparaba esa forma de "sentir" a la de un animal. Sin embargo, un animal generalmente tiene un sistema nervioso más o menos centralizado (por supuesto, existen excepciones) en el cual confluye la información que llega a través de sus sentidos. Es nuestro cerebro, realmente, el que crea las sensaciones, y si bien es dificil saber de qué modo percibe su entorno una babosa como la que aparece en la presentación de Mancuso, sin duda, lo haga como lo haga, lo hará a través de su sistema nervioso central.

En las plantas, en cambio, los mecanismos que las hacen actuar de un modo u otro son más o menos locales. No hay una centralita desde la que se ordene a las flores abrirse, a las hojas orientarse al sol, a los estomas cerrarse o a las raíces crecer hacia abajo. La planta recibe información, pero las distintas partes reaccionan frente a esa información sin necesidad de instrucciones provenientes de un cerebro ni nada que pueda comparársele. Y si aquello que percibe la planta no va a parar a un centro que procese la información, sin duda será difícil decir que las plantas sienten algo, al menos en el sentido que tiene para nosotros tal cosa.


No obstante, más o menos a la mitad de la presentación, Mancuso cita a Darwin, y acto seguido su conferencia se torna más interesante y disipa mis temores. Definitivamente, queda claro que no iba por "ahí" .Por ello la subo aquí y la recomiendo a aquellos que dispongan de diez minutitos.

lunes, 8 de septiembre de 2008

Sobre la rubisco



NOTA: Disculpa de antemano

Si bien el siguiente artículo puede ser un tanto crítico con el periodismo científico, espero que nadie resulte ofendido. Soy consciente de la existencia de múltiples y honrosas excepciones, pero como expongo a continuación, en mi opinión, y sé con certeza que es compartida por muchos otros, es que a los medios informativos españoles en general y a los que les dan forma, los periodistas, les queda mucho por trabajar en este campo.


INTRODUCCIÓN: Pifia periodística

Muchos pensamos que los medios de comunicación de este país deberían prestar más atención a la ciencia y dedicarle más páginas o minutos. Tendría que ser lo normal poder abrir el periódico cada día y buscar directamente las noticias científicas, como quien va a la tira cómica, pero en lugar de eso uno tiene que sorprenderse gratamente cuando ve alguna noticia de esa naturaleza, aunque sólo le hayan dedicado un espacio residual en alguna esquina en la que no sabían que poner.

Hace unos días me encontré con una de esas noticias mientras leía el ADN de Mallorca. Aún no había terminado mi sorpresa cuando llegó el desengaño. El titular decía: La UIB logra multiplicar las cosechas casi sin agua. Y la noticia se podía resumir en estas líneas: "Científicos de la Universidad de las Islas Baleares están trabajando en el aumento de producción de cultivos insertando rubisco en las plantas, una proteína de especies autóctonas del archipiélago, principalmente Limonium gibertii."

De decir “están trabajando en” a “logra multiplicar” hay un trecho, pero este fallo queda relegado a un segundo plano si seguimos leyendo. Buscando la misma noticia en otras publicaciones, encontramos los mismos errores en una redacción casi idéntica. He aquí un par de perlas:

"la enzima rubisco, detectada en suelo salino de las islas y principalmente dentro de la especie Limonium gibertii"

"contiene un alto nivel de afinidad con el dióxido de carbono atmosférico (CO2)"

Trataré a continuación de desfacer el entuerto.


EPISODIO I: ¿Qué es la rubisco?

El principal error que cometen los periodistas es decir que la enzima rubisco (ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa oxigenasa para los amigos) ha sido detectada en las Islas Baleares, concretamente en Limonium gibertii. La rubisco es conocida desde hace mucho tiempo, y se sabe que existe en todos los seres fotosintéticos, no sólo plantas, sino algas, bacterias y arqueas. De hecho, se cree que la rubisco es la enzima más abundante del planeta.
Una enzima es una proteína con una estructura que le permite interaccionar con otras moléculas y catalizar determinadas reacciones químicas. La rubisco juega un papel fundamental en la fabricación de nuevos compuestos que se da durante la fotosíntesis, al incorporar CO2 que la planta toma del aire a las moléculas en proceso de síntesis.


EPISODIO II: La torpeza de la Rubisco.

Aquí vuelve a errar la noticia. Se puede leer que la rubisco tiene una alta afinidad con el CO2, pero si comparamos esa afinidad con la que tienen otras enzimas por sus respectivos sustratos, veremos que queda en muy (pero que muy) mal puesto. Para empeorar las cosas, hay que añadir que no sólo reacciona con CO2, sino también con oxígeno molecular, O2 (de ahí lo de “oxigenasa”), lo cual da lugar a unos procesos químicos distintos, conocidos en su conjunto como “fotorrespiración”. Puesto que en el medio celular, además de dióxido de carbono, también hay oxígeno disuelto, esto ocurre con relativa frecuencia, constituyendo una pérdida de tiempo y energía para la planta. Por así decirlo, la rubisco trabaja con CO2 y de vez en cuando se “equivoca” y toma un O2, dando lugar un proceso distinto e inútil. Precisamente porque se trata de una enzima tan patatera los fotosintetizadores necesitan grandes cantidades para funcionar a un ritmo decente, y de ahí su abundancia.


EPISODIO III: C4 y C3 (no hablamos de las CAM)

En realidad hay indicios de que la fotorrespiración podría cumplir ciertas funciones fisiológicas, sobre todo de protección ante un exceso de luz, aunque los resultados de los estudios al respecto son contradictorios. En cualquier caso, parece bastante claro que a la planta le interesa reducir la fotorrespiración al mínimo. De hecho, existen plantas en las que es casi inexistente. Las llamadas C4 poseen mecanismos mediante los que mantienen una elevadísima concentración de CO2 en el medio en el que se halla su rubisco. De ese modo, la probabilidad de que tome un O2 en lugar de un CO2 desciende al mínimo, y trabaja más eficientemente. Gracias a esto, pueden reducir el consumo del agua cuando ésta escasea, pues al aprovechar más el CO2 pueden tener los estomas menos abiertos, lo cual disminuye la transpiración. Algunos ejemplos de plantas C4 son el maíz, el arroz o la caña de azúcar.

Las plantas C3 no incorporan estos mecanismos, pero eso no ha impedido que lograsen colonizar hábitats en los que el agua escasea. Existen multitud de estrategias, como la presencia de hojas duras y pequeñas o ciclos vitales determinados. También se han observado adaptaciones en cuanto a la eficiencia en el uso de carbono se refiere. Las temperaturas cálidas favorecen la fotorrespiración y la sequía disminuye la capacidad fotosintética de la planta. Por ello, no es de extrañar que la evolución haya dado lugar a rubiscos con un mayor factor específico en las especies que habitan ambientes en los que el estrés hídrico es elevado. El factor específico de la rubisco es una medida que relaciona la capacidad carboxilasa de la enzima con su capacidad oxigenasa. De este modo, cuanto mayor es la carboxilación en comparación a la oxigenación, mayor es el factor específico, el cual se expresa con un número sin unidades. Un factor específico elevado es positivo para la planta, ya que significa más fotosíntesis y menos fotorrespiración.

Ignoro qué oyó o interpretó cuando le hablaba su interlocutor la periodista que escribió que la rubisco tiene una alta afinidad por el CO2, pero desde luego, no se puede decir que sea cierto. Lo que sí sería más correcto decir es que Limonium gibertii es la planta C3 cuya rubisco tiene un mayor factor específico de cuantas se conocen, lo cual no significa que sea alto, ni tampoco que sea el mayor de todos los fotosintetizadores. En la rubisco de L. gibertii es de aproximadamente 110 a 25ºC, mientras que en determinadas algas rojas oscila entre 225 y 240.
L. gibertii, autóctona de las Baleares (donde se ha determinado su factor específico), pero no endémica, vive en costas rocosas y en acantilados, lugares en los que el agua utilizable escasea.




Limonium gibertii. Fotografía tomada del Herbario Virtual del Mediterráneo Occidental

EPISODIO IV: La investigación

La investigación de los fisiólogos de la UIB, desarrollada junto con científicos del Reino Unido y Australia, busca modificar genéticamente plantas C3 para que sinteticen la rubisco de L. gibertii, en lugar de la suya propia, y así aumentar el rendimiento de los cultivos y su resistencia a la sequía. La aplicación de este “truco” no sirve con las C4, puesto que, como se explicó antes, apenas presentan fotorrespiración, y los efectos del cambio serían imperceptibles.
Diversas especies que sí podrían verse beneficiadas de forma notable por esta modificación son el tabaco, el trigo, la vid o las espinacas.

Según me informó Jaume Flexas, el miembro del grupo entrevistado por la periodista de Europa Press, en estos detalles ya no yerra la noticia... salvo tal vez en el punto en el que tratan al tabaco de cultivo balear. Aunque yo creo que no hace falta tener muchos estudios para detectar ese fallo, al menos si se es de la región. ¿Se leerán los periodistas el material que les envían las agencias de información?.

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Galmés J., Flexas J., Keys A.J., Cifre J., Mitchell R.A.C., Madgwick P.J., Haslam R.P., Medrano H., Parry M.A.J. (2005) Rubisco specificity factor tends to be larger in plant species from drier habitats and in species with persistentleaves. Plant, Cell and Environment, 28, 571–579.

M.A.J. Parry, J. Flexas & H. Medrano. (2005) Prospects for crop production under drought: research priorities and future directions. Annals of Applied Biology, Volume 147, Number 3, pp. 211-226(16)



Publicado el 6 de Junio de 2008 en Generacion.net