El Origen y la Evolución de las Plantas: Un Viaje a Través del Tiempo
Las plantas son organismos fotosintéticos multicelulares adaptados primariamente para la vida terrestre. Sus características se comprenden mejor en términos de la transición desde el agua a la Tierra, hecho que ocurrió hace unos 500 millones de años.
Ventajas y Desafíos de la Vida Terrestre
En la Tierra, la luz es abundante desde el alba hasta el crepúsculo y no está bloqueada por agua turbulenta. Sin embargo, la vida terrestre presentó a los organismos fotosintéticos una dificultad nueva e importante: la de obtener y retener cantidades adecuadas de agua. Las soluciones a este problema que se desarrollaron gradualmente en las plantas dependían de la multicelularidad, que hizo posible la especialización en amplia escala.
La especialización trae consigo el potencial para un enorme incremento del tamaño del organismo, lo cual, a su vez, crea problemas adicionales que deben ser resueltos: el organismo debe sintetizar crecientes cantidades de alimento para abastecer de energía a sus numerosas células; cantidades mayores de materiales deben ser trasladadas al interior y el exterior del organismo y transportadas a las células individuales; un cuerpo de mayor tamaño exige más soporte físico; las actividades de todas las células deben estar integradas para el funcionamiento uniforme de todo el organismo; y se necesita un lapso más prolongado para el desarrollo completo del organismo, cuyos estadios inmaduros requieren frecuentemente de protección y nutrición.
Ascendencia de las Algas Verdes
Todas las plantas parecen haber surgido de las algas verdes (división Chlorophyta). Al igual que las plantas, las algas verdes contienen clorofila a y b y caroteno beta como pigmentos fotosintéticos, y acumulan su reserva de alimento en forma de almidón. En las plantas y las algas verdes, pero no en otros organismos, el almidón se almacena en plástidos, y no era citoplasma.
Varios conjuntos de datos llevaron a esta conclusión. Las células de Coleochaete, al igual que las de las plantas, tiene celulosa en sus paredes y contienen peroxisomas en los que se sintetiza la enzima clave que interviene en la fotorrespiración. Se encuentra evidencia adicional en su patrón de citocinesis. En casi todos los otros organismos, incluyendo la mayoría de las algas verdes, la división del citoplasma ocurre por por constricción e invaginación de la membrana celular. En las plantas y en Coleochaete, el citoplasma se divide por formación de una placa celular en el ecuador del huso.
Lea también: Profundizando en la retórica del rap
Una característica importante compartida por todas las plantas, pero ausente en Coleochaete, es una alternancia de generaciones bien definida. Esto sugiere que la alternancia de generaciones apareció independientemente en varias ocasiones, y Coleochaete proporciona una pista significativa acerca de cómo puede haber ocurrido.
Coleochaete, al igual que Chlamydomonas y varias otras algas verdes, es haploide durante la mayor parte de su ciclo de vida. Es oogámica y produce óvulos y espermatozoides claramente diferenciados, que se fusionan para formar un cigoto que, posteriormente, sufre meiosis y origina células haploides a partir de las cuales se desarrollan nuevos individuos.
En la época en que el antecesor inmediato de las plantas se trasladó desde aguas poco profundas a tierra, aparentemente había desarrollado una alternancia de generaciones heteromórficas bien definida. Después de la transición a la tierra, comenzaron a aparecer nuevas adaptaciones en el ciclo de vida y también en otras características.
Adaptaciones Clave para la Vida Terrestre
Éstas adaptaciones fueron críticas para el éxito final de las plantas en tierra firme y deben haber ocurrido temprano en su historia evolutiva, pues la mayoría de las plantas modernas, aunque sean muy diversas, las comparten. Una de estas características, claramente asociada con la transición a la tierra, es la cutícula protectora que cubre las superficies aéreas de las plantas y retarda la pérdida de agua por el cuerpo. La cutícula está formada por una sustancia cérea llamada cutina, secretada por las células de la epidermis.
Otra adaptación fue el desarrollo de órganos reproductores multicelulares (gametangios y esporangios) que fueron rodeados por una capa protectora de células estériles (no reproductoras). Los gametangios se llaman arquegonios si originan ovocélulas y anteridios si originan espermatozoides. Una adaptación que se relaciona con esto fue la retención de la ovocélula fecundada (el cigoto) dentro del gametangio femenino (el arquegonio) y su desarrollo allí en embrión.
Lea también: Leche materna: composición y ventajas
Briófitos y Plantas Vasculares
Poco después de la transición a tierra, las plantas divergieron en al menos dos linajes separados. Uno dio lugar a los briófitos, un grupo que incluye a las hepáticas, antoceros y los musgos modernos, y el otro a las plantas vasculares, el grupo que incluye a todas las plantas terrestres de mayor tamaño.
Una diferencia principal entre los briófitos y las plantas vasculares es que los esporófitos es de las últimas, como explica su nombre, tienen un sistema vascular bien desarrollado que transporta agua, minerales, azúcares y otros nutrientes a través del cuerpo de la planta. Los briófitos aparecieron por primera vez en el registro fósil durante el período Devónico, hace aproximadamente 370 millones de años. Éstos fósiles antiguos son muy similares a los briófitos que viven actualmente. Los fósiles más antiguos de las plantas vasculares son de la primera parte del período Silúrico, hace aproximadamente 430 millones de años.
El Misterio de las Angiospermas
Dos investigaciones se adentran en uno de los misterios biológicos más insondables: por qué florecieron las plantas. Era un misterio abominable. Así es como lo calificaba Charles Darwin cada vez que debía enfrentarse a él. Se refería a uno de los acontecimientos más importantes de la historia de la evolución de la vida en el planeta: la aparición de las plantas con flores, llamadas angiospermas. Y no solamente su aparición sino la sorprendente velocidad con la que prosperaron en su ambiente y se convirtieron en dominantes. Ahora la ciencia está más cerca de tener una respuesta.
Para producirse este acontecimiento biológico la naturaleza tuvo que innovar, y mucho. Entre las nuevas funciones de las que debió dotar a las plantas se encuentran la aparición órganos florales y el desarrollo de sistemas de nutrición del embrión de la nueva flor. El actual registro fósil muestra que las plantas con flores aparecieron de manera relativamente súbita en todo el mundo a mitad del Cretáceo, alrededor de hace unos 120 millones de años.
Un nuevo fósil del Cretáceo inferior encontrado en un yacimiento del noroeste de China puede ayudar a resolver parte de la ecuación. Se trata de una especie de angiosperma desconocida hasta ahora, Gansufructus saligna, de la que se ha recolectado restos excepcionalmente bien preservados con tallos ramados a los que se añaden hojas y frutos. El conjunto provee de un material valiosísimo para el estudio de la morfología de los primeros angiospermas.
Lea también: ¿Problemas de popó en tu recién nacido?
Se trata del fósil más antiguo conocido de una eudicota, uno de los tipos de angiosperma más abundante que contiene en la actualidad cerca de 145.000 especies de más de 350 familias, es decir, a él pertenece casi el 64% de la diversidad de plantas con flores que hoy conocemos.
A pesar de que en China se han descubierto numerosos tipos de fósiles de plantas, todavía no está muy claro si este área del planeta también participó del origen de las flores. Se cree que las actuales plantas floradas pudieron originarse en lugares tan remotos como la región ártica, el sudeste o el este de Asia, Sudamérica o África y que China solo sirvió de puente para la transmisión de las flores originales a otros lugares del mundo.
Sea como fuere una vez aparecidas, las primeras flores se desperdigaron por el planeta de manera velocísima. En solo 40 millones de años colonizaron prácticamente todos los hábitos terrestres incluyendo desiertos y zonas húmedas, praderas o junglas.
El descubrimiento de esta nueva especie podría ser especialmente relevante para determinar el papel que jugó el continente asiático en el origen de las flores no solo como puente de transmisión sino incluso quizás como centro irradiador de la evolución que luego iba a reproducirse en cascada por el resto del globo.
Un equipo internacional de investigadores ha descrito nuevos restos fósiles muy bien preservados de plantas que ya están extintas y que corresponden a un periodo cercano a hace 120 millones de años. No son las plantas más antiguas descubiertas, pero sí contienen una variedad morfológica y presentan una calidad de preservación suficiente para que los autores del estudio hayan sido capaces de construir un árbol de relaciones entre los diferentes tipos de plantas primitivas.
Los fósiles ahora encontrados muestran una remarcable diversidad en formas y en estructuras reproductivas. Curiosamente no se trata de fósiles que hayan sido desenterrados recientemente, sino que se encontraban en algunas colecciones que podían llegar a tener un siglo de antigüedad, depositados en museos o en laboratorios de investigación, y ahora redescubiertos.
Sin embargo, no han sido capaces de dar explicación a cómo se generó la capa protectora conocida como ovario que rodea colectivamente a todas las semillas en las flores y que al fin y al cabo da origen al fruto. El abominable misterio de Darwin sigue por lo tanto produciendo quebraderos de cabeza a los científicos. Porque, si importante para el planeta fue la dispersión rápida de flores, mucho más importante incluso para la vida fue la producción masiva de frutos.
El Impacto de la Colonización Terrestre por las Plantas
Imagínense ahora lo acaecido cuando las raíces de las plantas de aquellos tiempos remotos añadieron la alteración química de los sustratos litológicos y generaron suelos profundos. Ingentes cantidades de nutrientes fueron liberados a los océanos, cambiando tanto estos como el clima. Y conforme a los autores del primer estudio, en dos notas de prensa distintas, tal proceso fue uno de los más catastróficos para la vida de aquel entones, concentrada fundamentalmente en los mares.
La evidencia de esta nueva visión de un período notablemente volátil en la prehistoria de la Tierra se informa en el Boletín GSA. «Nuestro análisis muestra que la evolución de las raíces de los árboles probablemente inundó los océanos con exceso de nutrientes, causando un crecimiento masivo de algas«, dijo Filippelli.
Este escenario se ve en los sistemas modernos donde la exportación de nutrientes de origen antropogénico ha aumentado enormemente la carga de nutrientes en áreas como el Golfo de México y los Grandes Lagos, lo que lleva a floraciones de algas a gran escala que finalmente agotan el oxígeno en la columna de agua.
La naturaleza episódica de la expansión de las plantas podría ayudar a explicar por qué hay al menos seis extinciones marinas significativas en el Devónico.
Soluciones a la Sequía y Diversificación Vascular
Todas las plantas, excepto las más pequeñas, necesitan tejidos vasculares para suministrar agua a todo su cuerpo y evitar la desecación a medida que capturan carbono del aire circundante. Si una planta está sometida a sequía, la cadena de moléculas de agua que se tiran por el tallo puede romperse, formando una embolia: una burbuja de gas que bloquea el transporte de agua en un conducto vascular completo.
El nuevo descubrimiento muestra que la disposición original de los tejidos vasculares, un cilindro en el centro del tallo, se vuelve cada vez más vulnerable a la embolia que se propaga con el tamaño. «Si los conductos están todos agrupados, la planta puede enfrentarse a una propagación exponencial de la embolia en la red vascular resultante. Si están encadenados en una forma larga y estrecha, la embolia tiene que superar muchas paredes celulares sucesivas para llegar muy lejos, lo que puede salvar la vida de la planta en una sequía«, dice el Dr.
Las primeras plantas vasculares tenían solo centímetros de altura y estaban obligadas a vivir donde había agua fácilmente disponible. Para crecer más y comenzar a explorar el paisaje, primero tuvieron que encontrar alternativas a su disposición vascular ancestral.
El registro fósil muestra una creciente diversidad en la forma en que se ensambla el tallo al igual que las plantas irradian desde las fuentes de agua. Los arreglos de tejidos vasculares se diversifican para tomar una amplia gama de formas en el tallo, desde elipses y correas a través de estrellas hasta anillos, divergentes en forma probablemente convergentes en función.
Los linajes de plantas que tuvieron éxito en la tierra tuvieron que encontrar cada uno su propia solución al problema de la embolia. La investigación resuelve un enigma centenario en botánica.
El nuevo estudio muestra que las plantas mantienen arreglos vasculares resistentes a la sequía al restringir el ancho del tejido.
Las aplicaciones de este avance fundamental incluyen el potencial de asegurar la resistencia a la sequía en los programas de mejoramiento de cultivos para un clima cambiante.
Filogenia y Distribución del Género Hypericum
Investigadores del Museo Nacional de Ciencias Naturales y del Real Jardín Botánico, ambos del CSIC, han reconstruido las relaciones de parentesco (filogenia) del género de plantas Hypericum, uno de los más diversificados del planeta. Asimismo, han descrito su historia evolutiva durante los últimos 65 millones de años.
En la elaboración de esta filogenia los investigadores han incorporado, además de los datos de los registros fósiles del género, las características ambientales en las que vivían sus ancestros y la conectividad geográfica de las masas continentales.“Hemos hecho una aproximación multidisciplinar combinando datos de disciplinas como la paleontología, la ecología, la paleoclimatología o la filogenia, lo que nos ha permitido elaborar una reconstrucción más precisa de la historia evolutiva de este género de plantas”, explica Jorge M. Meseguer.
Algunas de las 500 especies del género Hypericum se conocen como hierbas de San Juan. Dentro de estas especies hay desde plantas herbáceas de entre cinco y diez centímetros hasta arbustos y árboles que llegan a alcanzar los 12 metros.
“Estos datos nos llevan a pensar que este género de plantas ha mantenido, a grandes rasgos, su distribución y preferencias climáticas durante los millones de años trascurridos desde su origen estimado”, explica Lobo.
Según Isabel Sanmartín, investigadora del RJB y coordinadora del trabajo, “la extinción elimina información e impide recuperar la historia evolutiva de los seres vivos, de modo que si hay altas tasas de extinción en un lugar o un tiempo determinado, puede ser prácticamente imposible obtener un filogenia fiable.
tags: #como #nacieron #las #plantas #origen #y