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¿Cómo resistieron las primeras plantas la desecación?

¿Cómo resistieron las primeras plantas la desecación?

Logran desentrañar algunos de los mecanismos moleculares implicados en la resistencia de algunas plantas y semillas a la desecación.
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El musgo Physcomitrella patens. Fuente: David Cove.
Hace cientos de millones de años se desarrolló una batalla épica en contra de los elementos. La vida, que hasta entonces había prosperado solamente en los océanos, intentaba la conquista de tierra firme. La primera línea de ataque la constituían las plantas, algas sencillas que dieron lugar a los antepasados de los humildes musgos y hepáticas. Casi todo iba en su contra, no tenían raíces, ni sistema vascular, ni semillas, ni tejidos externos resistentes que las protegieran de la extrema desecación y de la intensa radiación solar. Sólo la presión de selección de un ecosistema, ya repleto en su medio acuático, las empujaba más allá del límite de supervivencia. 
Si usted, amigo lector, puede leer estas líneas es gracias (entre otros muchos factores contingentes) a que esas plantas tuvieron finalmente éxito y allanaron el camino a otras especies posteriores. Finalmente la vida colonizó tierra firme y sobre ella evolucionaron otros seres más complejos, incluidos los humanos. Pero todavía, en las zonas húmedas de los bosques actuales, perviven los descendientes directos de esos héroes casi anónimos, plantas sencillas que nos recuerdan aquella batalla. Recapacite sobre este hecho la próxima vez que pasee por un bosque de hayas y vea el musgo sobre las ramas y troncos de esos magníficos árboles.
¿Cómo lo consiguieron?, ¿qué armas usaron para tal conquista? Un trabajo reciente realizado por científicos de Washington University en St. Louis arroja un poco más de luz sobre los hechos épicos que se dieron hace 480 millones de años sobre la seca superficie de este planeta llamado Tierra.
El mayor desafío al que se enfrentaban las primeras plantas era sobrevivir al desecamiento. Un peligro al que no estaban expuestas en el mar. Tuvieron que desarrollar estrategias que les permitían deshidratarse y rehidratarse cíclicamente y no morir en el proceso. Porque la vida, ante todo, quiere perpetuarse, quiere seguir siendo, seguir sobreviviendo.
La mejores pistas sobre cómo consiguieron las plantas desarrollar esta estrategia las podemos encontrar en las briofitas actuales, grupo que incluye a los musgos y hepáticas. Los musgos tienen una notable tolerancia a sobrevivir a la sequía. Algunos musgos pueden terminar tan secos que se deshacen entre los dedos que aquel que los agarra, pero si se humedecen vuelven a la vida en minutos, como si de un Lázaro vegetal se tratara, y comienzan otra vez a fabricar proteínas y más tarde a realizar la fotosíntesis.
El trabajo que ahora exponemos fue publicado el pasado 29 de enero en la revista Science y revela varios mecanismos bioquímicos que permiten a estos musgos sobrevivir a la desecación.
Paradójicamente, las plantas con flores, que son las más modernas que aparecieron en la Tierra, perdieron esta capacidad de sobrevivir a la desecación. Esta tolerancia está limitada solamente a sus semillas, que pueden desecarse para pasar el invierno y volver a la vida en primavera.
Ralph Quatrano y sus colaboradores decidieron estudiar el musgo Physcomitrella patens, que ha venido usándose como modelo en este tipo de estudios. Intentaban estudiar los diferentes mecanismos moleculares regulatorios que permiten sobrevivir a la desecación tanto en musgos como en semillas y así comprobar si son los mismos.
Previamente se había demostrado que la supervivencia de las semillas a la desecación dependían de la hormona ABA y de la molécula regulativa ABI3. Las hormonas vegetales, como las animales, son compuestos químicos que en pequeñas cantidades tienen efectos importantes en el desarrollo y crecimiento. Así por ejemplo, la liberación de hormonas vegetales produce el súbito crecimiento del tallo florar de las lechugas y que hace que dejen ser tan interesantes para su consumo humano.
ABI3 es un factor de transcripción, una molécula que se une a secuencias específicas de ADN próxima a un gen, regulando y controlando el copiado del gen en ARN mensajero (este copiado es el primer paso en la síntesis de la proteína codificada por un gen).
Se creía que ABI3 y ABA disparaban algunos genes para que expresaran proteínas especiales durante el secado de las semillas y que así protegieran las células.
En 1995 Quatrano, David Cove y sus colaboradores demostraron que ABA estaba presente y en funcionamiento tanto en semillas como en P. patens. Más tarde se vio que ABI3 también estaba presente en el musgo, pero que éste tenía al menos tres copias. Al crear un musgo transgénico sin copias de genes de ABI3 en su genoma se pudo separar los papeles de ABA y ABI3 respecto a la tolerancia a la desecación.
Técnicamente los musgos pueden ser tolerantes a la sequía o la desecación. P. Patens es tolerante a la sequía, soportando breves periodos de ausencia de agua, pero no es tolerante a la desecación. Tratando a este musgo con ABA se pudo conseguir que fuera más resistente, haciendo que fuera tolerante a la desecación. El mismo tratamiento sobre el musgo transgénico sin ABI3 no aumentaba su resistencia a la ausencia de agua. Por lo tanto, para tener un musgo resistente a la desecación se necesita tanto ABA como ABI3.
En el reciente estudio se ha conseguido explicar los caminos moleculares que controlan el sistema ABA/ABI3. Se ha conseguido, por ejemplo, identificar 22 genes regulados por este mecanismo en el musgo, siendo muy similar en las semillas. Se creía que las proteínas codificadas por estos genes protegen las células de las semillas de los daños causados por la pérdida de agua, como pueda ser un mal plegado de las proteínas o la pérdida de integridad de la membrana celular.
La sorpresa vino cuando estos investigadores trataron con ABA al musgo transgénico, pues creían que esto no afectaría a ese conjunto de genes. Pero sucedió lo contrario, algo que no tenía mucho sentido.
Para resolver el enigma estudiaron los procesos de deshidratación y rehidratación por separado. En ambos casos, en el musgo natural y en el transgénico, los 22 genes se activaban durante la deshidratación, pero solo el silvestre los expresaba durante la rehidratación. En el caso transgénico la rehidratación comenzaba bien, pero en 15 minutos el ARN mensajero implicado desaparecía. Es decir, ABI3 estabilizaba el ARN mensajero cuya creación viene dada por ABA y permitía la síntesis de este ARN durante la rehidratación.
En otras palabras, ABI3 no prepara los tejidos para la desecación, sino que ayuda a la rehidratación después de la desecación.
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Fósil de Cooksonia pertoni, la primera planta terrestre conocida que vivió hace 425 millones de años. Esta pequeña planta no tenía ni raíces ni hojas. Fuente: Hans Steur, Ellecom, The Netherlands.
Quatrano teoriza que las primeras plantas en colonizar tierra firme eran tolerantes a la desecación como algunas briofitas actuales. Cuando aparecieron las plantas vasculares se abandonó esta tolerancia a favor de adaptaciones nuevas que incluían el desarrollo de las raíces, cutículas de cera que protegían la superficie y estomas que controlaban la pérdida de agua. Pero los genes relacionados con la resistencia a la desecación no se perdieron, sino que fueron reutilizados en las esporas y semillas.
Quatrano especula que si logran desentrañar todos los mecanismos que controlan la desecación quizás se pueda crear algún día plantas más resistentes a la sequía. Así que este cuento épico de un pasado distante quizás tenga incluso aplicaciones prácticas en un mundo cada vez más superpoblado.
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Thalia