¿Cómo saben las plantas cuando florecer?

      Las fotos que están viendo corresponden a exactamente el mismo árbol, pero fueron tomadas en 4 épocas diferentes del año. ¿Cuál foto fue tomada en primavera? Pues es muy fácil, es la tercera foto de izquierda a derecha. ¿Cómo lo sabemos? Por las flores, ¿cierto? Ahora, vamos a la pregunta realmente interesante: ¿Cómo supo el árbol que era primavera y que debía florecer?

      Si bien no todas las plantas florecen en primavera, muchas de ellas lo hacen. Este comportamiento ha sido seleccionado de manera evolutiva, ya que les permite a las plantas producir flores -y sus gametos, que se encuentran dentro de ellas- en una época del año que tiene un clima benigno y que no pondrá en peligro su éxito reproductivo. Si las flores fueran producidas en medio del invierno, las heladas podrían acabar con ellas y las plantas no podrían reproducirse. El descubrir cómo las plantas «saben» que llegó la primavera ha sido una de las travesías científicas más fascinantes de la biología vegetal.

El tabaco gigante y la noche larga

      En 1906 los agricultores del tabaco de Maryland (USA) fueron bendecidos por la naturaleza con una variedad de tabaco nueva, que apareció de manera espontánea en sus campos y que los llenó de alegría (y dinero). Este tabaco fue bautizado como Maryland Mammoth y, como su nombre lo indica, era una planta enorme: crecía hasta casi cuatro metros, producía más de 100 hojas y era mucho más grande que las plantas de tabaco silvestre.

El tabaco de la izquierda es el silvestre y el de la derecha es el Maryland Mammoth. El sujeto que está sobre los hombros del estudiante es Richard Amasino, investigador de la Universidad de Wisconsin.

      Sin embargo, el tabaco Maryland Mammoth tenía un problema: no florecía en primavera -como lo hace el tabaco silvestre- y sólo producía unas pocas flores muy entrado el invierno; esas flores se dañaban con el frío y no producían semillas. El tabaco Maryland Mammoth era una mina de oro, pero como no se podía reproducir, los agricultores se sintieron muy decepcionados. Harry Allard y Wightman Garner, dos investigadores del Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA), se interesaron en averiguar por qué el tabaco Maryland Mammoth se entretenía tanto haciendo hojas y se olvidaba de florecer, para hacerlo solo entrado el invierno. Mediante sencillos experimentos, Allard y Garner descubrieron que el tabaco Maryland Mammoth sí florecía cuando lo ponían en condiciones de luz similares a las del invierno. Estas investigaciones fueron el punto de partida para descubrir el comportamiento de las plantas con respecto a la cantidad (y calidad) de la luz y su efecto en la floración. Descubrieron 3 tipos de comportamiento: plantas que florecían cuando el día era largo y la noche corta (a las que llamaron plantas de día largo, como el tabaco silvestre), plantas que florecían cuando el día era corto y la noche larga (a las que llamaron plantas de día corto, como el tabaco Maryland Mammoth) y plantas a las que «les daba lo mismo» la duración del día (a las que llamaron plantas neutrales). Este comportamiento, relacionado con la cantidad de luz que las plantas reciben y su respuesta floral, fue llamado fotoperíodo y explica por qué algunas plantas florecen en primavera -cuando el día se hace más largo- y otras lo hacen en invierno, cuando los días son cortos.

El florígeno

      Experimentos posteriores permitieron descubrir que eran las hojas de las plantas las encargadas de medir la duración del día y la noche. En efecto, si se toma una planta de día corto y se la pone en condiciones de día largo, esta obviamente no florecerá. Sin embargo, bastaba con someter a sólo una hoja de la planta a un régimen de día corto -usando un sobre de papel aluminio para cubrirla y acortar la duración del día sólo en esa hoja- para inducir la floración de la planta. Lo más increíble era que si se cortaba esa hoja inducida y se le injertaba a una planta no inducida, ésta florecía. Es más, esa misma hoja inducida de una planta de día corto, si era injertada en una planta de día largo no inducida, hacía que ésta floreciera. Es decir, existe una señal de naturaleza móvil, estable y universal que hace florecer a las plantas. La señal, de naturaleza desconocida, fue bautizada como florígeno (u hormona floral) por el fisiólogo Ruso Mikhail Chailakhyan en 1936. La búsqueda del florígeno fue frenética pero infructuosa. Tuvieron que pasar más de 70 tortuosos años -incluyendo su descubrimiento y retracción del artículo respectivo por manipulación de datos- para que finalmente el año 2007 se descubriera que se trataba de una proteína pequeña, llamada FLOWERING LOCUS T (FT). La proteína FT se expresa exclusivamente en las hojas de las plantas en respuesta a la presencia de una proteína que se llama CONSTANS (CO). Se sabía que la expresión de CO respondía al fotoperíodo -entre otros factores- y que en las plantas de día largo sólo era posible encontrar esta proteína cuando las plantas estaban sometidas a condiciones de día largo y que desaparecía rápidamente en condiciones de día corto. De esta forma, el día largo induce la expresión de CO y a su vez esta proteína induce la expresión de FT, que se mueve por el sistema vascular de las plantas, desde las hojas hasta las puntas de los tallos, para inducir la floración. Lo más bello de este modelo es que se encontró que FT y CO también regulaban la floración en las plantas de día corto. La única diferencia es que en las plantas de día corto -como arroz- CO actúa como un represor de FT y por lo tanto en día largo inhibe su expresión.

Modelo de inducción floral mediado el fotoperíodo y el módulo CO/FT. Se muestra como funciona en plantas de día largo (Arabidopsis, a la izquierda) y de día corto (Arroz, a la derecha). En arroz, las proteínas CO y FT se conocen con el nombre de Hd1 y Hd3a, respectivamente.

      Actualmente se sabe que la proteína FT es un inductor universal de la floración y además puede regular la juvenilidad de los árboles. Por ejemplo, los Álamos requieren de varios años para florecer por primera vez; sin embargo, plantas de Álamo transgénico que expresan fuertemente FT florecen a las cuatro semanas de vida. Recientemente el grupo del científico Estadounidense Ralph Scorza ha logrado generar plantas transgénicas de ciruelo que florecen en menos de un año cuando son crecidos desde semillas en vez de los 3 a 10 años que demoran normalmente. Esta tecnología se llama FasTracking y podría acelerar la generación de nuevas variedades de frutales, incluso de aquellos que hasta ahora no han sido mejorados debido a la enorme cantidad de tiempo que debe transcurrir para que produzcan flores (y frutos) por primera vez, como este árbol, al que le tomó más de 90 años producir sus primeras flores.

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Caras vemos

     Una tarde de 1994, Diana Duyser –una mujer de Florida, USA– sintió hambre y se preparó un sándwich de queso. Lo puso en la tostadora y al dar la primera mordida, tuvo la extraña sensación de que su sándwich la miraba. Al examinarlo, Diana descubrió que la imagen de la virgen María había aparecido milagrosamente en el sándwich…y la virgen la estaba mirando. Diana pensó que se trataba de una señal divina y decidió conservar lo que quedaba del sándwich en una caja con algodones.

A la derecha vemos la supuesta imagen de la virgen María en el sandwich de Diana. Personalmente, coincido con Michael Shermer (Fundador de la Skeptics Society): se parece más a Jane Russell

     El objeto se convirtió en una reliquia y fue subastado en eBay el año 2004 por 28.000 dólares. Se supone que, dado que la imagen corresponde a la virgen María, el sándwich tiene algunos poderes. Por ejemplo, a pesar de haber pasado más de 15 años en la caja, el sándwich nunca se descompuso y Diana está convencida de que el sándwich cambió su vida. Bueno, al menos ganó 28.000 dólares.

     No solo imágenes religiosas aparecen en lugares insólitos: en 1979 la sonda espacial Viking 1, mientras orbitaba Marte, capturó una perturbadora fotografía de la superficie marciana que mostraba un rostro humano, en la región de Cydonia, cerca del polo norte marciano. Esta fotografía alimentó la imaginación de muchos, que comenzaron a especular acerca de los orígenes de esta cara con rasgos humanos y de cómo podría ser una clara señal de que hubo vida en Marte. Un par de décadas más tarde, imágenes de la misma zona obtenidas por varias sondas enviadas a Marte permitieron obtener fotografías de mucho mejor resolución de “La Cara en Marte” (250 metros/pixel en el caso de Viking 1 versus 14 metros/pixel en las nuevas fotos). El resultado fue decepcionarte para muchos: la cara no era tal, si no que solo una formación rocosa amorfa. Inmediatamente apreció una versión alternativa: el gobierno de Estados Unidos había manipulado las fotos para borrar la evidencia que claramente indicaba que hubo (o tal vez había) vida inteligente en Marte.

La Cara de Marte: la foto principal corresponde a la imagen tomada el 2001 con una buena resolución. En el inserto del ángulo inferior derecho se muestra la imagen capturada por el Viking 1. Una cara nos miraba desde Marte.

     ¿Por qué tenemos los seres humanos esta capacidad tan grande para ver caras? Incluso esto : ) es una cara sonriente y la caja de la foto al principio de este post pareciera estar sorprendida. Este fenómeno sicológico de percepción recibe el nombre de pareidolia (del griego para: «junto a» y eidolon: «imagen») y ocurre cuando un estímulo vago (como una imagen) es percibido como una forma reconocible, como cuando vemos figuras en las nubes.

     En el caso de las caras, el fenómeno parece ser particularmente fuerte. Ya en los años 40s se había descrito un mal llamado prosopagnosia, que consiste en la incapacidad que presentan algunas personas para reconocer las caras de sus conocidos e incluso la propia. Lo curioso de esto es que se habían presentado casos de accidentes cerebro-vasculares en los que la única consecuencia era la prosopagnosia. El año 2009 un grupo de investigadores de Harvard, liderados por la Dra. Doris Tsao, hicieron una serie de interesantes experimentos que sugieren que en el cerebro hay una región especializada en reconocer caras. El trabajo, publicado en la revista Science, muestra que tanto en humanos como macacos existe una pequeña región cortical del cerebro que está compuesta exclusivamente por células que son selectivamente activadas en respuesta a la exposición a caras y que no responde a otros estímulos, como imágenes de frutas o cámaras de fotos ¿Por qué el cerebro de los primates tiene una zona especializada en reconocer caras? Aparentemente desde el punto de vista evolutivo era muy importante poder reconocer las caras. Se ha propuesto que eran tan importante que el cerebro desarrollo una capacidad enorme de dar «falsos positivos», es decir, era mejor confundir una roca con una cara que no percibir una cara real.

     El fenómeno de pareidolia ha servido también para generar historias muy entretenidas -y afiebradas- como que por ejemplo los Egipcios habían tenido contacto con tecnologías actuales. Eso, como consecuencia de este tipo de jeroglíficos:

Veo claramente un submarino, un auto y un helicóptero.

     Jeroglíficos como el de la foto corresponden en realidad a el uso del mismo jeroglífico para hacer otro encima, como un palimpsesto. Cuando el yeso del jeroglífico más nuevo se cae, queda debajo el resto del jeroglífico más antiguo, lo que da lugar a estas curiosas formas. La explicación de que los Egipcios habrían tenido contacto con tecnologías actuales no es muy parsimoniosa que digamos, como lo expliqué en un post anterior.

     Para terminar, dicen que los políticos presentan una exacerbada pareidolia: tienen una capacidad enorme para vernos las caras. Pero eso es otro cuento.

Lo natural

     Van caminando a través de un campo de trigo bajo un cielo azul. La suave brisa mueve las espigas de manera rítmica. Se escucha el canto de algunos grillos. Respiran una bocanada de aire fresco y piensan “¡me encanta lo natural!”

     Pero hay algo mal aquí: el trigo no es “natural”. En este punto muchos deben estar pensando: “¿Cómo es eso de que el trigo no es natural? ¡Si es lo más natural del mundo!” Pues bien, el trigo no es natural. Claro, no por eso quiere decir que sea malo. Vamos, no se pongan dramáticos. Con el trigo hacemos pan y ya saben eso de ser “más bueno que el pan”. Pero no se confundan, el trigo no es “natural”. Ustedes estarán pensando “Bueno, si no es natural ¿de donde salió entonces?” La respuesta es que lo creó el hombre. Así como lo ven, el trigo harinero, ese con el que hacemos las marraquetas (Triticum eastivum) es una especie alopoliploide que no existía en la naturaleza.

¿Alopoliqué?

     La alopoliploidía se refiere al origen genético del trigo: Alo (ajeno), poli (muchos), ploidía (juegos de cromosomas). De hecho, en estricto rigor, se trata de una especie alohexaploide. En efecto, el genoma del trigo está formado por tres juegos de cromosomas diploides que provienen de tres especies diferentes. Así es, estamos hablando de un monstruo genético. Los tres juegos de cromosomas se han denominado A, B y D y cada uno de ellos está formado por 7 cromosomas diferentes, por lo que el trigo harinero tiene 21 pares de cromosomas que en total dan cuenta de un genoma que es 5 veces y media el tamaño del genoma humano. El trigo harinero –Triticum eastivum– se habría originado hace unos 10.000 años atrás gracias al cruce entre Triticum dicoccoides (AABB) y otra especie llamada Triticum tauschii (DD), también conocida como Aegilops squarrosa. Triticum dicoccoides (AABB), por su parte, se habría originado a partir del cruce entre Triticum uruatu L. (AA) y Triticum searsi (BB), también conocida como Aegilops speltoides (Fuente y fotos: Origen del trigo)

Se muestra como se habría originado el trigo harinero, Triticum eastivum (AABBDD) y las especies de donde salieron sus tres genomas diploides.

     El trigo que cultivamos actualmente en el mundo ha sido obtenido mediante mejoramiento genético: los agricultores seleccionan a ciertos individuos por sus características, los que se han generado de manera casual –como el trigo– y los cruzan de manera dirigida. Es un proceso similar al que se usa para obtener a los “perros de raza”. En el caso de los cultivos, se buscan atributos que mejoren la producción de los cultivos: resistencia a patógenos, adaptabilidad a condiciones ambientales adversas (como sequía) o bien que mejoren su sabor y textura. En este caso no hablamos de evolución, ya que el hombre interviene seleccionando características que no necesariamente serían ventajosas en la naturaleza. Las variedades más productivas de trigo son enanas y fueron seleccionadas en los años 60s por el Dr. Norman Bourlag (1914-2009). Estas plantas producen más y se considera que su obtención, junto con la introducción del uso de semillas híbridas, marca el inicio de la revolución verde. Por sus contribuciones a mejorar la agricultura y salvar de morir de hambre a millones de personas, Norman Bourlag se hizo acreedor del premio Nobel de la Paz en 1970.  Hoy el trigo es responsable de 1/5 de la alimentación del mundo y en los países en desarrollo es la segunda fuente de calorías (después del arroz) y la primera fuente de proteínas (Datos del Centro Internacional para el Mejoramiento del Maíz y el Trigo, CIMMYT).

     Perfecto. El trigo no es natural ¿qué hay del resto de las cosas que nos comemos? Pues tienen un origen similar: casi todo fue creado por el hombre mediante mejoramiento genético ¿las lechugas? ¿las frutillas? ¿los tomates? ¿las zanahorias? ¿el maíz? Si, todo eso. Vean los fotos donde les muestro qué fue lo que naturaleza nos dio y qué es el que cultivamos actualmente.

Como el mejoramiento genético ha modificado los cultivos. Arriba se muestran los ancestros silvestres de la lechuga, zanahoria y maíz. Abajo se muestran los cultivos actuales, obtenidos a partir de los cultivos silvestres, mediante mejoramiento genético.

     Todo creado por el hombre mediante cruces dirigidos y selección de características deseables. Características que en muchos casos no son necesariamente agronómicas. Por ejemplo ¿saben por que las zanahorias son de color naranja? Si bien no es una historia confirmada, es muy probable que sean así por razones políticas. Hasta 1600 las zanahorias que se cultivaban eran principalmente blancas, amarillas y moradas. Por esa época, en la actual Holanda, apareció una mutación espontánea que les confería color naranja a las zanahorias, lo que fue aprovechado por algunos agricultores para honrar Guillermo de Orange, quien lideró el movimiento de independencia de Holanda. El caso de los tomates lo comenté en el post anterior y, como describí en esa ocasión, la selección de una característica deseable para los agricultores (maduración homogénea) resultó inadvertidamente en la perdida de características deseables por los consumidores: sabor y aroma. Esta es la razón por la que los tomates lindos son desabridos.

     Hoy por hoy, casi todo lo que podemos comprar en la feria o en el supermercado fue creado por el hombre. Una de las pocas excepciones son las nueces. Así que ya saben: si quieren comer solo cosas “naturales”, junten nueces. Y si les da por comer cosas silvestres, tengan cuidado. Las cosas que nos comemos ahora han sido seleccionadas por que alguien las comió y no se murió. Solo recuerden a esos chefs aventureros que, en verano, les da por comer hongos silvestres y terminan muertos ¡eso si que es natural!