¿Por qué una científica ahoga tomates?
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Champaign, Illinois. Esther Ngumbi es apenas audible por encima del rugido de los ventiladores del invernadero mientras me muestra su laboratorio en la azotea de Morrill Hall. Los bancos están llenos de plantas de tomate, que no tienen buen aspecto. La mitad de las plantas están sumergidas en recipientes con agua. Sus hojas se ven amarillentas y marchitas. Algunos de los tomates moribundos han florecido. Hay uno o dos tomates pequeños en un par de plantas esmirriadas.
Esta no es la única tortura infligida a los tomates. Alguien les ha atado bolsitas a los tallos. Dentro de las bolsas, orugas verdes y gordas devoran las hojas de tomate.
La profesora de Entomología, Esther Ngumbi tiene preguntas, muchas, y así es cómo se propuso responder algunas de ellas. Ella está ahogando los tomates a propósito para ver cómo podrían responder a las condiciones de inundación en los campos de los agricultores, un escenario que se está volviendo más común a causa del cambio climático.
“En la naturaleza, hay muchos factores estresantes para las plantas durante las inundaciones”, dijo Ngumbi. “Una vez que los tomates se inundan, ya están débiles, por lo que lo más probable es que atraigan insectos, a los que les gusta comer plantas más débiles. Estamos investigando cómo las plantas enfrentan el estrés combinado de las inundaciones y la herbivoría”.
Esto explica la presencia de las orugas. Son la forma larvaria de Manduca sexta, el gusano del tabaco. Se están dando un festín con una de las dos variedades de tomate tradicionales que Ngumbi está utilizando en el experimento: el cherokee morado o púrpura y el alemán rayado2.
La mitad de las plantas de tomate en el invernadero no están inundadas, lo que permitió al equipo comparar las plantas estresadas con las que crecen en condiciones más comunes. Pero hay más investigaciones en marcha aquí.
“Además, en este experimento estamos analizando los microbios”, dice Ngumbi. “Queremos entender cómo cambia la comunidad microbiana en condiciones de inundación”.
Uno de los enfoques clave de Ngumbi es cómo los microbios del suelo influyen en la salud y la productividad de las plantas. Le fascinan los hongos micorrízicos, que forman asociaciones íntimas con las raíces de las plantas, ofreciendo elementos esenciales como nitrógeno a las plantas a cambio de la glucosa suministrada por las raíces.
Todas las plantas de tomate crecen en el suelo de una granja de Illinois, pero la mitad también fueron inoculadas con mantillo de un granjero local que desarrolló su propia receta para nutrir hongos micorrízicos en el suelo. Ngumbi quiere ver si esta inoculación hace alguna diferencia en la capacidad de las plantas para defenderse de las orugas.
Para medir las defensas de las plantas, el equipo de Ngumbi recolecta muestras de gases emitidos por las plantas y las analiza en busca de compuestos orgánicos volátiles, los químicos que las plantas usan para protegerse de los insectos que se las comerían.
Dos años después, Ngumbi publicó los resultados de estos y otros experimentos de laboratorio. Descubrió que las dos variedades de tomate diferían en la expresión genética y en los compuestos volátiles que emitían, antes de cualquier intervención. Y cuando se inundaron, ambas variedades de tomates tenían perfiles de emisión química muy diferentes a los de cuando se cultivaban en condiciones normales. La herbivoría influyó en la producción de estos compuestos volátiles, pero no tanto como lo hicieron las inundaciones.
En la actualidad, continúan los experimentos y el interés de Ngumbi por los efectos de las inundaciones no ha hecho más que intensificarse. En una nueva revisión publicada en la revista Trends in Plant Research, explicó los muchos cambios que ocurren cuando las plantas se inundan con agua durante días o semanas seguidas.
“Las inundaciones se diferencian de otros factores estresantes relacionados con el clima porque privan a las plantas de oxígeno, un elemento y sustrato esencial e indispensable para el crecimiento y desarrollo de las plantas”, expresó Ngumbi. Las inundaciones alteran el metabolismo de las plantas y la generación de energía. Interfiere con la fotosíntesis. Las inundaciones matan las bacterias beneficiosas y promueven los microbios patógenos en el suelo. También puede comprometer la capacidad de las plantas para defenderse de enfermedades e insectos dañinos como el gusano del tabaco.
Ngumbi también advirtió que el aumento de las inundaciones -a causa del cambio climático- puede socavar décadas de investigación destinadas a hacer que las plantas sean más resistentes al cambio climático. Las inundaciones pueden frustrar los esfuerzos por mejorar la calidad del suelo y la salud microbiana para hacer que los cultivos sean más resilientes a factores estresantes como el calor y la sequía. Las inundaciones también pueden eliminar los beneficios derivados de la ingeniería genética o el fitomejoramiento.
Dado que se prevé que la intensidad y frecuencia de las inundaciones aumentarán aproximadamente un 7% por cada aumento de 1° C en las temperaturas promedio globales, señaló Ngumbi en sus papers, los científicos deben considerar los impactos de las inundaciones para “proteger los monumentales avances logrados en la creación de cultivos resilientes al clima”.
Importante #
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El paper “Flooding and herbivory: The effect of concurrent stress factors on plant volatile emissions and gene expression in two heirloom tomato varieties” está disponible online en el sitio de la revista BMC Plant Biology.
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El paper de revisión “Could flooding undermine progress in building climate-resilient crops?”, puede consultarse en línea en la revista Trends in Plant Research
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Ngumbi también está relacionada con el Carl R. Woese Institute for Genomic Biology en la Universidad de Illinois.
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El artículo Drowning tomatoes for science, con la firma de Diana Yates, editora de Life Sciences, Oficina de Noticias de la Universidad de Illinois, que compartimos aquí, fue publicado en el sitio web de esa institución.
Contacto (mailto: rijcardgonzalez@gmail.com) #
Notas al pie #
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En La Herbivoría, libro de Enrico L., Kopelman I., et al., publicado por Báez Impresiones en 2.017, se indica que “la herbivoría es una interacción biológica (entre 2 organismos vivos) y se define como el proceso por el cual animales consumen tejidos vegetales vivos (hojas, tallos, raíces o frutos). Esta interacción es asimétrica, dado que una parte se ve beneficiada (el herbívoro), mientras otra se ve perjudicada (la planta). Herbívoros y sus efectos sobre las comunidades de plantas: Desde el punto de vista del ciclado de materia y energía en un ecosistema, las plantas son denominadas productores primarios, pues producen biomasa a partir de nutrientes del suelo, dióxido de carbono, agua y energía solar. Los herbívoros (consumidores primarios) remueven del sistema dicha biomasa, a medida que se produce. Entre los efectos más importantes y visibles de los herbívoros sobre las comunidades de plantas se destacan los producidos sobre su fisonomía y diversidad. Una comunidad herbácea sometida a herbivoría será más baja que una comunidad sin presión por herbivoría, ya que los animales estarán ejerciendo sobre ella una “poda” constante. Además de la cantidad de biomasa que los herbívoros remueven del sistema, también es importante el cambio que producen en la identidad de las especies y sus abundancias, es decir en la diversidad de la comunidad vegetal. Los efectos varían según seleccionen para comer especies dominantes o subordinadas. En el primer caso, al eliminar especies que excluyen competitivamente a otras, provocan una liberación de recursos ahora disponibles para especies menos abundantes o ausentes en la comunidad. Esto resulta en un aumento en la diversidad de plantas a nivel comunitario. Si en cambio los herbívoros seleccionan especies poco abundantes o “raras”, entonces el efecto sobre la diversidad es negativo o incluso nulo. Los cuerpos de las plantas hablan sobre herbivoría Los herbívoros incluyen una variedad muy amplia de animales, desde invertebrados (moluscos, insectos) hasta vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos). A lo largo de la evolución han desarrollado estrategias o características que permiten optimizar el consumo del material vegetal (picos, dentaduras y sistemas digestivos especializados). Por su parte, las plantas desarrollaron mecanismos de defensa para evitar ser comidas. Las adaptaciones pueden depender del grupo taxonómico del que forma parte una especie, aunque es común e interesante ver que grupos no emparentados filogenéticamente han desarrollado estrategias similares para afrontar problemas comunes, en el proceso conocido como convergencia evolutiva. Las plantas deben principalmente defender sus hojas, ya que son el órgano con el que realizan la fotosíntesis y les permite sintetizar azúcares, almidones y otras fuentes de energía. Para ello desarrollaron defensas de tipo químico como terpenos, alcaloides, taninos y látex, entre otros. Estos compuestos apuntan a disminuir el ataque por herbívoros repeliéndolos, provocando intoxicaciones o problemas de digestión, o dañando sus aparatos bucales. Las defensas también pueden ser físicas, y se manifiestan como espinas, pelos, tricomas, hojas duras o arquitecturas (fisonomías) muy particulares. Este tipo de defensa apunta a impedir que el herbívoro dañe a la planta. Muchas de las adaptaciones físicas de las plantas se observan a simple vista, particularmente si miramos con “ojos de herbívoro”. Se pueden medir rasgos como su altura o su patrón de ramificación. Plantas bajas, de menos de dos centímetros de altura, no pueden ser alcanzadas por vacas, elefantes o rinocerontes, con bocas grandes. Así, una estrategia es escapar de los herbívoros “hacia abajo”, adoptando una forma de crecimiento rastrera y protegiendo las yemas de renuevo cerca de la tierra, o enterrándolas. Un árbol puede evitar la herbivoría dejando sus yemas de renuevo por encima de la altura de los herbívoros, escapando “hacia arriba”. A una altura intermedia, las plantas apelan a otros mecanismos para proteger sus hojas. Algunos arbustos desarrollan una maraña de ramas muy compleja entre la cual crecen, protegidas, las hojas. Estas ramas pueden tener además espinas. Si las espinas son grandes, la estrategia es intentar que el animal se pinche al acercarse. Las espinas más pequeñas apuntan, en cambio, a repeler al herbívoro dañando sus labios, lengua o boca cuando ya llegó a morder, siendo muy efectivas contra herbívoros pequeños como ratones o liebres. También las hojas pueden presentar espinas en sus caras y bordes, o terminar en una especie de aguja para repeler los ataques. Cuando el herbívoro es tan pequeño como un caracol o un insecto, la presencia de pelos en la hoja puede resultar una barrera física importante, que los desalienta a consumir a una especie por sobre otras sin defensas. También hacer hojas más duras y con mayor número de nervaduras es una forma de oponer una barrera física, principalmente contra invertebrados. De toda la biomasa que producen las plantas en un ecosistema sólo una pequeña fracción, en general entre el 1% y el 20%, es consumida por herbívoros. Y sabemos que, hasta cierto punto, esto es porque a lo largo la historia de nuestro planeta las plantas han sido muy buenas defendiéndose. Por ello los continentes -cuentan los astronautas- siguen viéndose verdes desde el espacio. _N.delDivulgador: Qué maravillosa descripción. Cuando acudí a un buscador, porque el término herbivoría no aparece en la Wikipedia, entre los primeros resultados surgió el libro de Enrico, Kopelman y otros. En su nombre ¡gracias a los investigadores por su tarea! ↩︎
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El tomate alemán rayado es una variedad única que se caracteriza por sus llamativas franjas amarillas y rojas, que se asemejan a la bandera alemana. Estas son algunas características clave: Fruto: Grande, plano y de tamaño mediano a grande, con hombros con nervaduras variables. La fruta tiene un tono amarillo y rojo, con un interior veteado que luce hermoso cuando es cortado en rodajas. Sabor: Complejo, afrutado y suave, de textura densa y jugosa. Vid: Mediana-alta, indeterminada y que produce más de 12 oz. fruta, que a veces alcanza hasta 2 libras. Condiciones de crecimiento: Prefiere suelos medianamente ricos con un rango de pH de 6,0 a 6,8. Se debe fertilizar con precisión para evitar el exceso de nitrógeno, que puede provocar un crecimiento desenfrenado, pudrición y retraso en la maduración. Soporte: Requiere enrejados u otros sistemas de soporte para el cultivo, como espalderas, cuerdas/alambres colgantes, para mantener las enredaderas erguidas y promover una fructificación uniforme. ↩︎