El lenguaje secreto de las plantas

Al norte de Sierra Nevada, el ecologista Richard Karban está tratando de aprender una lengua extranjera. Las plantas de artemisa que salpican estas laderas se hablan las unas a las otras usando términos que ningún ser humano sabe. Karban, que enseña en la Universidad de California, Davis, está escuchándolas y empezando a entender lo que dicen.

National Science Foundation. La creciente evidencia sugiere que ciertas plantas, como los arces, en caso de ataque, envían señales de advertencia al aire a sus vecinos ante un peligro inminente. Crédito: David Lee.

Las evidencias de una comunicación entre las plantas es de tan sólo unas cuantas décadas, pero en ese corto espacio de tiempo se han podido adelantar electrizantes descubrimientos que tienden a un resurgir este campo de estudio. Dos estudios publicados en 1983 demostraron que los sauces, álamos y arces pueden advertirse mutuamente acerca de los ataques de insectos: árboles intactos, cerca de los que están infestados de bichos hambrientos, comienzan a bombear repelentes químicos para protegerse de los ataques de los insectos. De algún modo, ellos saben lo que sus vecinos están experimentando, y reaccionan ante ello. La alucinante implicación era cómo es que unos árboles sin cerebro podrían enviar, recibir e interpretar mensajes.

Richard Karban,

ecologista de la Universidad de California,Davis, estudia cómo se ​​comunica la artemisa.

Los primeros documentos sobre "árboles parlantes" fueron rápidamente derribados como estadísticamente defectuosos o demasiado artificiales, irrelevantes para la guerra del mundo real entre las plantas y los insectos. La investigación quedaba en punto muerto. 

Pero la ciencia de la comunicación de las plantas está reapareciendo. Rigurosos experimentos, cuidadosamente controlados, están superando esas críticas iniciales con repetidas pruebas en laboratorios, bosques y campos. Está bien establecido que cuando los insectos mastican las hojas, las plantas responden liberando compuestos orgánicos volátiles en el aire. 

El último recuento de Por Karban de 40 de los 48 estudios sobre comunicación de plantas, confirma que otras plantas detectan estas señales en el aire y refuerzan su producción de armas químicas o de otros mecanismos de defensa como respuesta. "Las evidencias de que las plantas liberan sustancias volátiles cuando son dañadas por los herbívoros es tan cierta como probado por la ciencia puede serlo", decía Martin Heil, un ecologista del Instituto de Investigación Cinvestav Irapuato de México. "La evidencia de que las plantas pueden percibir de alguna manera estos volátiles y responder con una respuesta de defensa está bien asentada."

La comunicación de las plantas puede ser todavía un campo muy pequeño, pero las personas que la estudian ya no son vistas como lunáticas . "Solía ​​pasar que la gente ni siquiera hablara con usted: "¿Por qué me haces perder el tiempo con algo que ya ha sdo desacreditado?", contaba Karban. "Eso al menos ya no pasa. “El debate ya no es si las plantas pueden o no sentir mutuamente sus mensajes bioquímicos -pueden-, sino sobre por qué y cómo lo hacen. La mayoría de los estudios se han llevado a cabo en condiciones controladas en laboratorio, por lo que una de las principales cuestiones abiertas es en qué medida las plantas utilizan estas señales de la naturaleza. La respuesta podría tener grandes implicaciones: Los agricultores podrían ser capaces de adaptar esta charla, retocar las plantas alimenticias o las prácticas agrícolas a fin de que los cultivos se defiendan mejor contra los herbívoros. En términos más generales, la posibilidad de que las plantas compartan información plantea preguntas intrigantes sobre lo que se considera el comportamiento y la comunicación, y por qué los organismos que compiten entre sí también se ven precisados de una red de sus conocimientos.

Los científicos también están estudiando cómo los mensajes de estas señales podrían propagarse. Hace apenas unos meses, un pionero de señalización entre plantas Ted Farmer, de la Universidad de Lausana, descubrió una manera casi totalmente desconocida de transmisión de información de las plantas, con impulsos eléctricos y un sistema de señalización con base de voltaje, que es un inquietante recuerdo del sistema nervioso de los animales. "Es realmente espectacular lo que hacen las plantas", señaló Farmer. "Cuanto más trabajo con ellas, más me sorprenden."

El estudio de Farmer no significa que las plantas tengan neuronas, o cerebros, ni ninguno de los sistemas que utilizan los animales para comunicarse. Nosotros no le hacemos justicia a ellas cuando tratamos de ubicar su fascinante biología, alienígena en términos humanos, dijo. Pero es posible que hayamos subestimado enormemente sus capacidades. A medida que los investigadores comienzan a aprender el lenguaje de las plantas, empiezan a tener una nueva visión de ese mundo de hojas verdes en que vivimos.

Secretos vivientes

Karban comenzó como un investigador de cigarras, estudiaba cómo los árboles se enfrentaban a una plaga de insectos chupadores de savia que descendía sobre ellos cada 17 años. Por entonces, el supuesto era que las plantas sobrevivían siendo tenaces, adaptando su fisiología para acomodarse y sufrir sequías, plagas y otros abusos. Pero a principios de 1980, el zoólogo David Rhoades, de la Universidad de Washington, descubrió evidencias de que las plantas se defendían activamente contra los insectos. Como maestros de la bioquímica sintética, fabrican y despliegan armas químicas y de otras clases, que pueden hacen que su follaje sea menos apetecible o nutritivo, de tal manera que los hambrientos insectos se vayan a otra parte. Para Karban, esta idea fue una sorpresa emocionante, un indicio de que las plantas son capaces de mucho más que una resistencia pasiva.

Las señales eléctricas

¿Cómo sabe una hoja que está siendo devorada, y cómo se lo dice a las otras partes de la planta para que inicie la fabricación de sustancias químicas defensivas? Para probar que las señales eléctricas están funcionando, el equipo de Ted Farmer colocó microelectrodos en las hojas y tallos de las hojas de la Arabidopsis thaliana (un organismo modelo, el equivalente fisiólogo de plantas al de las ratas de laboratorio) y se permitió a la argillacea del algodón egipcio darse un festín a distancia. En cuestión de segundos, hubo unos cambios de voltaje en el tejido irradiados hacia fuera desde el sitio de la lesión hacia el vástago y más allá. Como ondas salían hacia el exterior, el compuesto defensivo de ácido jasmónico se acumulaba, incluso lejos del lugar del daño. Los genes involucrados en la transmisión de señales eléctricas producían canales en una membrana justo dentro de las paredes celulares de la planta; los canales mantienen el potencial eléctrico mediante la regulación del paso de iones con carga. Estos genes son análogos evolutivos a los receptores regulatorios de iones que usan los animales para retransmitir señales sensoriales a través del cuerpo." Obviamente, estos provienen de un ancestro común, y están profundamente arraigados", indicó Farmer. "Hay un montón de interesantes paralelismos, más paralelismos que diferencias."

Pero lo que despues descubrió Rhoades fue, si cabe, más sorprendente, y controvertido. Estaba observando cómo el sauce Sitka alteraba la calidad nutricional de sus hojas como respuesta a la infestación por tent caterpillar y de artiidae [orugas y polillas]. En el laboratorio, cuando se alimentaba a los insectos con hojas de árboles infestados, los gusanos crecían más lentamente, y su crecimiento también resultaba atrofiado cuando se les alimentaba conlas hojas de sauces no dañados pero que vivían cerca de los árboles que fueron comidos. El mismo cambio bioquímico parecía estar ocurriendo en los dos grupos de árboles, y la conclusión Rhoades, publicada en 1983, fue que los sauces vírgenes estaban recibiendo un mensaje de aquellos que estaban sufriendo el ataque. Ese mismo año, Ian Baldwin y Jack Schultz, de la Universidad de Dartmouth, descubrieron que las plántulas de álamo y de arce de azúcar comenzaban a bombear fenoles anti-herbívoros cuando eran colocados en una cámara de crecimiento, junto a árboles jóvenes con hojas trituradas. Ellos lo describieron como la comunicación de las plantas. "La gente estaba muy emocionada", dijo Karban. “La prensa popular se volvió loca con esto."

Tal recepción hizo que muchos científicos se pusieran nerviosos. La película de 1979 "La vida secreta de las plantas" (después del libro homónimo de 1973) había cautivado al público con fotografías en time-lapse que hacía que las plantas pareciran retorcerse de vitalidad, desplegando sus hojas y expulsando ​​raíces. La película afirmaba que la ciencia había demostrado que las plantas eran conscientes y podían sentir emociones humanas". Hizo pensar a la gente que todo este campo de estudio estaba falsificado", dijo Farmer.

Luego, en 1984, ambos estudios sobre árboles parlantes fueron recogidos aparte por el eminente ecologista John Lawton (que fue nombrado caballero más tarde). Lawton dijo que el estudio de Baldwin estaba mal diseñado, y que debió haberse propagado accidentalmente una enfermedad entre los insectos que desaceleró el crecimiento de los bichos. Su crítica casi destruyó toda la investigación en ciernes. Rhoades, a quien Karban llama el "padre del campo", no pudo obtener financiación para replicar sus estudios y, finalmente, abandonar la ciencia y vivir a media pensión. La gente dejó de hablar de comunicación de las plantas, y el campo quedó a oscuras.

Mensajes Aerotransportados

No todo el mundo se dejó influir por las críticas de Lawton. Entre los reticentes estaba Ted Farmer, más tarde postdoctorado en el laboratorio de la Universidad Estatal de Washington, del reconocido experto en hormonas vegetales Clarence Ryan. Farmer y Ryan trabajaron con artemisas locales, que producen grandes cantidades de jasmonato de metilo, una sustancia química orgánica aerotransportada que Ryan pensó utilizaban las plantas para protegerse de los insectos herbívoros. En su experimento, cuando las hojas de artemisa dañadas se pusieron en frascos herméticos junto a plantas de tomate en macetas, los tomates comenzaron a producir inhibidores de proteinasa, que son unos compuestos que dañan a los insectos mediante la interrupción de su digestión. La comunicación interplantas es real, dijeron en una publicación de 1990: "Si tal señalización está muy extendida en la naturaleza podría tener un profundo significado ecológico."

Cuando la artemisa es dañada por los saltamontes y otros insectos,  libera sustancias químicas que parecen

advertir a las plantas vecinas del peligro.

El estudio fue "cuidadosamente realizado, debidamente replicado y muy convincente", señaló Karban. Pero aún así tenía sus dudas. ¿Sucede realmente esto entre las plantas silvestres, o se trata de un fenómeno inusual inducido por las condiciones de laboratorio? 

Karban acababa de empezar a trabajar en una estación de campo en una zona norte de California, que estaba lleno de artemisas y tabaco silvestre, un primo del tomate. Repitió el experimento de Farmer en el medio silvestre. Cuando recortó las plantas de artemisa, imitando las lesiones causadas por los dientes afilados de los insectos induciendo a las plantas a producir jasmonato de metilo y otras sustancias químicas en el aire, el tabaco silvestre cercano comenzó a bombear la enzima defensiva polifenol oxidasa. Esto parece tener consecuencias reales. 

Al final de la temporada, estas plantas de tabaco tenían mucho menos daño foliar que las demás producidas por saltamontes y gusanos. Karban advirtió que es difícil decir definitivamente si los productos químicos aéreos eran directamente responsables de la disminución de los daños, pero los resultados eran, cuanto menos, intrigantes.

Durante la siguiente década, la evidencia creció. Resulta casi toda planta verde que había sido estudiada liberaba su propio cóctel de sustancias químicas volátiles, y muchas especies registraban y respondían a estos aéreos. Por ejemplo, el olor de la hierba cortada —una mezcla de alcoholes, aldehídos, cetonas y ésteres—, puede ser agradable para nosotros, pero para las plantas son señales de peligro en el camino. Heil ha encontrado que cuando las habas crecen silvestres están expuestas a sustancias volátiles procedentes de otras plantas de frijoles de lima que estén siendo comidas por escarabajos, crecen entonces más rápido y resisten a los ataques. Los compuestos liberados por las plantas dañadas preparan las defensas de las plántulas de maíz, y así montar un contraataque más eficaz contra el ejército de gusanos de la remolacha. Estas señales parecen ser un lenguaje universal: la artemisa induce respuestas en el tabaco, y los chiles y frijoles de lima responden a las emisiones del pepino.

Las plantas pueden comunicarse también con los insectos, así que, el envío de mensajes aéreos actúan como señales de socorro para los insectos depredadores que matan a los herbívoros. El maíz atacado por el ejército de gusanos de la remolacha libera una nube de productos químicos volátiles que atrae a las avispas para poner sus huevos en los cuerpos de las orugas. El cuadro emergente es que los insectos se alimentan de plantas y los insectos que se alimentan de ellos, viven en un mundo que apenas podemos imaginar, perfumado por nubes de sustancias químicas ricas en información. Las hormigas, microbios, polillas,e incluso colibríes y tortugas (Farmer) todos detectan y reaccionan a estas explosiones aereas.

Plantas a la escucha

A pesar de la creciente evidencia de que las plantas son capaces de comunicación, muchos científicos de plantas todavía se preguntan si esta charla cruzada es biológicamente significativa. "La comunicación interplantaria a través de volátiles funciona bien en el laboratorio, pero nadie ha demostrado de manera convincente si funciona en el campo", dijo Farmer. A pesar de que fue uno de los primeros en publicar las evidencias de que las plantas son capaces de intercambiar información, se califica a sí mismo como un "escéptico", él piensa que no hay aún suficiente evidencia de que esto realmente juegue un papel importante en la vida de las plantas. "Sin embarrgo, no me gustaría dejar a la gente trabajando en ello", agregó. "Creo que es un trabajo prometedor y emocionante."

Ian Baldwin, ecologista del Instituto Max Planck de Alemania, cree que deberíamos tratar de pensarcomo plantas en lugar de antropomorfizarlas.

Para ambos, Karban y Heil, la cuestión pendiente es evolutiva: ¿Por qué una planta pierde energía avisando a sus competidoras sobre un peligro? Ellos argumentan que la comunicación de las plantas es un término equivocado, más bien el término podría ser el de espionaje de plantas. En lugar de utilizar el sistema vascular para enviar mensajes a través de distancias largas, tal vez las plantas liberan sustancias químicas volátiles como una forma más rápida y más inteligente de comunicarse con ellas mismas, Heil llama a esto soliloquio. Otras plantas pueden entonces estar controlando estas bocanadas de datos aéreos. El fortalecimiento de esta teoría se debe a que la mayoría de estas señales químicas parecen viajar no más de 50 a 100 centímetros, por lo que su rango de variación podría estar indicando una información a sí misma.

La posibilidad de que las plantas comparten rutinariamente información no es sólo una botánica intrigante, sino que podría ser aprovechado para mejorar la resistencia de los cultivos ante las plagas. Un informe de 2011 encontró que los híbridos comerciales de maíz parecen haber perdido la capacidad de la planta de maíz silvestre, para liberar sustancias químicas que atraigan a las avispas parásitas que matan a las polillas. Si estos rasgos defensivos pueden ser traídos de nuevo a los cultivos, podrían reducir la necesidad de pesticidas. Otra posibilidad podría ser la de cultivar plantas con respuestas defensivas particularmente sensibles o potentes junto a los cultivos de campo. Al igual que un canario en una mina de carbón, estos centinelas serían los primeros en detectar y reaccionar ante el peligro, alertando los cultivos vecinos.

Se den o no este tipo de aplicaciones prácticas, la ciencia del lenguaje de las plantas desafía las definiciones de que la comunicación y el comportamiento son únicos de los animales. Cada descubrimiento erosiona lo que pensábamos que sabíamos acerca de lo que lo hacen las plantas y lo que son capaces de hacer. Para saber qué más son capaces de hacer, tenemos que dejar de antropomorfizar a las plantas, dijo Baldwin, que ahora trabaja en el Instituto Max Planck en Alemania, y tratar de pensar como ellas. Imaginar lo que se siente al ser una planta, dijo, sería una manera de entender cómo y por qué se comunican, y hacer que el secreto de su vida no sea más un misterio.

Referencia: Simons.Foundation_Quanta.Magazine.org .

- Imágenes 1) de David Lee, 2 y 3) de Richard Korban, 4) Ian Baldwin, de C. Diezel/MPI for Chemical Ecology.

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por Kat McGowan, 16 diciembre 2013