Las plantas no quieren que su descendencia pase hambre

Si te gustan los documentales sobre la naturaleza, probablemente aprendiste que algunos animales cuidan de sus crías hasta que estas puedan defenderse solas. Este comportamiento, conocido como cuidado parental, busca incrementar las posibilidades de supervivencia de las crías y puede ocurrir de diferentes maneras: desde pingüinos emperador macho incubando sus huevos, pasando por ranas que transportan sus renacuajos, hasta grupos de coatís hembra que vigilan conjuntamente a los juveniles. ¡Lo que probablemente no sabías era que las plantas también pueden ayudar a su descendencia en sus primemos momentos! Por supuesto, ellas no pueden actuar para proteger sus semillas o moverlas si están en peligro. Lo que sí pueden hacer es brindarles a sus semillas estructuras que las ayuden a dispersarse y defenderse de los predadores o nutrientes para su crecimiento. Entre estas formas de cuidado parental en las plantas, el almacenamiento de nutrientes es particularmente importante, ya que una semilla recién germinada no puede absorber los nutrientes del suelo o hacer fotosíntesis. Por lo tanto, las semillas dependen completamente de los nutrientes que la planta madre hayan depositado en ellas; de la misma manera que un polluelo no puede volar para buscar su propia comida.

La manera más convencional de estudiar la disponibilidad de nutrientes en las semillas en el campo de la ecología es midiendo la masa de las semillas. Es lógico pensar que semillas más pesadas almacenan más nutrientes que las livianas. Por ello, muchos estudios han utilizado esta medida para evaluar cómo los nutrientes de las semillas están relacionados con diferentes características de las plantas. Este es el caso de la Dra. Tereza Mašková quien, durante su maestría en la Universidad Karlova en Praga (República Checa), investigó la relación entre la masa de las semillas y la arquitectura de las raíces de las plántulas. Su investigación mostró que las especies con semillas más ligeras producían plántulas que destinaban una mayor parte de su biomasa a las raíces y además poseían un sistema de raíces más amplio y que se ramificaba antes. En general, esto indica que las semillas con menos nutrientes disponibles emplean más recursos para producir raíces que les permitan absorber nutrientes más rápidamente.

Usar la masa de las semillas como una aproximación a la disponibilidad de nutrientes en las semillas trae varios problemas. El más notorio es que esta medida no da ninguna información sobre los elementos individuales –como el carbono, nitrógeno y el fósforo– los cuales no necesariamente están almacenados en las mismas proporciones. “Cuando estaba pensando en ello con detenimiento, me di cuenta de que dos especies con semillas de igual masa, es decir, con la misma cantidad absoluta de nutrientes, pueden diferir en términos de lo que se encuentra almacenado. ¡Puede existir una gran diferencia entre ellas!” comentó la Dra. Mašková en una entrevista con Botany One. Adicionalmente, la masa de las semillas incluye estructuras que no tienen ningún valor nutricional, como su cubierta y los apéndices que ayudan en la dispersión –por ejemplo, las alas de las semillas de arces o las partes plumosas de las semillas del diente de león. Siendo así, usar únicamente la masa de las semillas sobreestima la cantidad de nutrientes que está disponible para la futura plántula. Teniendo en cuenta estas limitaciones, Mašková decidió estudiar la disponibilidad de nutrientes en más detalle durante su doctorado en la Universidad Karlova, una investigación que fue publicada en la revista Oikos.

Los investigadores midieron el contenido de carbono no estructural –es decir, el carbono que no hace parte de las estructuras de la semilla y que está disponible para nutrir al embrión– nitrógeno y fósforo en semillas de más de 500 especies herbáceas de Europa Central. A partir de los datos colectados evaluaron cómo el contenido de estos nutrientes estaba relacionado con diferentes atributos de las plantas, como la masa de sus semillas y el hábitat donde se encuentran. El contenido de nutrientes varió considerablemente entre las especies, en especial el nitrógeno (0.8-9.9% de la masa de la semilla) y el carbono no estructural (2.1-60.7%). Sin embargo, esta variación no fue al azar. De hecho, las plantas más emparentadas entre sí tendían a producir semillas con contenidos de nutrientes similares. Esta tendencia es bastante clara cuando se analiza la forma en la que se almacena el carbono: familias como Poaceae (la familia de los pastos y los cereales) y Fabaceae (legumbres) almacenan el carbono principalmente en forma de almidón, mientras que Asteraceae (girasol) y Lamiaceae (lavanda) lo almacenan en forma de aceites. Siendo así, el contenido de nutrientes parece estar fuertemente influencia por la historia evolutiva de las especies.

Los resultados de esta investigación también dan soporte a la clásica idea de que el contenido total de nutrientes está relacionado positivamente con la masa de las semillas. En otras palabras, las semillas más pesadas efectivamente almacenan más nutrientes que las más ligeras. Aun así, probablemente recuerdas que la masa de las semillas es la suma de muchas estructuras, ¡incluyendo aquellas sin ningún valor nutricional! Dada esta inversión en estructuras adicionales, los autores investigaron la relación entre la masa de las semillas y cuánto de esta estaba destinada para el almacenamiento de nutrientes y encontraron que las semillas con menor masa invertían proporcionalmente más al almacenamiento de nutrientes que las semillas más pesadas. Una posible explicación para este resultado es que las semillas más grandes y pesadas probablemente tienen que usar más recursos en otras funciones, como la defensa frente a los predadores. No obstante, la relación entre la masa de las semillas y su defensa parece ser bastante compleja y se requieren más estudios para comprenderla mejor.

Uno de los resultados más fascinantes de esta investigación es que el contenido de carbono y nitrógeno estuvieron correlacionados con el hábitat de las especies. Lo más llamativo es que las especies almacenaban preferencialmente aquellos nutrientes que se esperaba que fueran limitantes en cada hábitat. Por un lado, la disponibilidad de nutrientes en el suelo estuvo relacionada con el carbono, de tal manera que las especies de hábitats ricos en nutrientes almacenaban más carbono en sus semillas que aquellas de ambientes pobres. ¿Pero por qué se esperaría que el carbono fuera un recurso limitante en un ambiente rico en nutrientes? Al no tener restricciones de nutrientes, se espera que las plantas crezcan rápidamente y comiencen a hacerse sombra entre ellas. Al suceder esto, la fotosíntesis puede verse reducida y con ella la síntesis de los carbohidratos que sostienen el crecimiento de la plántula. Siendo así, proveer las semillas con carbono les permitirá a las plántulas lidiar con las limitaciones de carbono en estos ambientes.

Por otro lado, el disturbio del suelo estuvo relacionado negativamente con el contenido de nitrógeno de las semillas, lo que significa que las plantas de ambientes menos disturbados producían semillas con mayores reservas de nitrógeno. Los autores comentan que los hábitats menos disturbados experimentan un mayor tiempo de retorno de nutrientes; haciendo que la competencia por los nutrientes del suelo (incluyendo el nitrógeno) sea mayor. En este contexto, almacenar más nitrógeno en las semillas parece una buena estrategia para lidiar con esas limitaciones iniciales.

En general, estos resultados resaltan la importancia de estudiar el contenido de cada nutriente en las semillas, en lugar de solo utilizar la masa de las estas, ya que cada nutriente parece aportar información esencial de cómo las plantas lidian con la limitación de nutrientes. En las palabras de la Dra. Mašková –quien es ahora una investigadora postdoctoral. en la Universidad de Regensburg (Alemania)–, “es importante darse cuenta de que el contenido de nutrientes de las semillas es un rasgo importante. Para algunos procesos, los ecólogos utilizan la masa de las semillas como una aproximación a la inversión de la planta madre, y simplemente no es la mejor manera de hacerlo”. También resaltó la importancia de que futuras investigaciones deberían evaluar la variación entre individuos, ya que una misma especie puede ocupar diversos hábitats, cada uno de ellos con diferentes condiciones. Así mismo, comenta la importancia de evaluar el contenido de nutrientes de las semillas con otros rasgos de la semilla y de los organismos simbióticos que pueden ayudar a las plántulas a obtener nutrientes. Una cosa es segura, este estudio abre las puertas a un área de investigación emocionante que permitirá entender como las plantas han evolucionado para preparar sus semillas para el futuro.

Artículo de investigación

Mašková, T., & Herben, T. (2021). Interspecific differences in maternal support in herbaceous plants: CNP contents in seeds varies to match expected nutrient limitation of seedlings. Oikos, 130 (10), 1715-1725. https://doi.org/10.1111/oik.08186

Carlos A. Ordóñez-Parra es un estudiante de maestría en el programa de Biología Vegetal en la Universidade Federal de Minas Gerais (Brasil). Además de realizar investigación sobre la ecología funcional de semillas, le interesa la comunicación de la ciencia lo que le ha llevado a escribir para Pesquisa Javeriana y Revista Javeriana, en su universidad en Colombia, y para Plant Science Research Weekly – el boletín semanal publicado porPlantae.org. Pueden seguirlo en Twitter en @caordonezparra.