¿Intentaste alguna vez cultivar plantas dentro de tu casa? ¿Te has dado cuenta de que tienden a crecer hacia la ventana o cualquier fuente de luz que tengas? La luz es importante para las plantas y, como no pueden movilizarse como los animales, deben buscar una forma de llegar a ella. Pero, aún así, si dejas una planta tirada de lado (horizontalmente) en completa oscuridad, ¡el tallo cambiará su dirección para crecer hacia arriba y la raíz hacia abajo! ¿Cómo lo hacen sin tener una fuente de luz que les indique hacia dónde crecer?
Aquí analizaremos cómo responden las plantas a estímulos como la luz, algunos tipos de receptores y la función que desempeñan las hormonas vegetales en estas respuestas.
Relación de las plantas con el medio ambiente
A diferencia de los animales, las plantas no pueden simplemente trasladarse a otro lugar cuando ocurre un cambio o se enfrentan a un estímulo ambiental. Las plantas usan hormonas (mensajeros químicos) —y otros mecanismos sofisticados, que detectan estímulos como la luz, la gravedad y el agua— que envían señales para iniciar cambios fisiológicos en respuesta a estos estímulos.
Ya sea en animales, hongos, plantas o cualquier ser vivo, la relación entre un organismo y su entorno implica varios procesos, incluyendo:
- Capacidad de detectar cambios relacionados con el entorno u otros organismos; es decir, estímulos externos.
- Emitir una respuesta adecuada al estímulo (ya sea inmediata o lenta y retardada).
- Comunicación e interacción con otros organismos (de la misma especie u otra).
Los animales percibimos y respondemos a los estímulos gracias a receptores y efectores que forman parte, principalmente, del sistema nervioso. En cambio, en las plantas, el proceso general de detección de estímulos que llevan a una respuesta es el siguiente:
- Recepción del estímulo externo: aunque las plantas no poseen un sistema nervioso, sí poseen estructuras y compuestos que sirven de receptores y provocan una respuesta.
- Comunicación interna: cuando una planta detecta un estímulo, generalmente aumenta o disminuye la producción de una o varias hormonas vegetales. Estas producen alguna respuesta localizada o se movilizan al sitio de la planta que producirá una respuesta.
- Respuesta: las respuestas de las plantas están en su mayoría relacionadas con movimientos en alguna parte de la planta (rápidos o lentos) o activación y desactivación de procesos fisiológicos.
Los receptores en plantas incluyen algunas células epidérmicas, para el contacto físico; pigmentos, para detectar la luz solar; y algunas estructuras especializadas, para detectar la gravedad.
Un tipo de receptores en las plantas son gránulos llenos de almidón, llamados amiloplastos. Estos, normalmente sirven para almacenamiento de almidón en diferentes partes de la planta. Sin embargo, cuando estos gránulos se encuentran en la punta en crecimiento de tallos y raíces, sirven como receptores de la gravedad, debido a que caen y se asientan en el fondo de las células en respuesta a este estímulo. En este caso, los amiloplastos se denominan estatolitos.
Respuestas de las plantas a los estímulos
Las plantas pueden responder a una variedad de estímulos externos (ver Fig. 1), los cuales pueden deberse a:
- Factores abióticos, cuando el cambio es ambiental.
- Factores bióticos, cuando provienen de un ser vivo.
Las plantas responden a varios factores abióticos, como la humedad, la luz, la temperatura y la gravedad. Dentro de los factores bióticos podemos mencionar estímulos físicos por herbivoría (cuando son comidos por algún animal herbívoro), patógenos o comunicación con otras plantas u organismos asociados (como las micorrizas).
Las micorrizas son asociaciones mutualistas entre hongos y plantas. Los hongos se asocian a la raíz de la planta y la apoyan en la absorción de agua y minerales, mientras que reciben nutrientes de la planta.
Por otro lado, las respuestas de las plantas a estos estímulos pueden ser de dos tipos:
- Crecimiento o movimiento: como las plantas no se desplazan, los movimientos que se producen están relacionados principalmente con la dirección del crecimiento (tropismos).
- Fisiológicas: respuestas más relacionadas a procesos del desarrollo y maduración de la planta (floración, formación de frutos, germinación de una semilla, etc.). Estas respuestas son estimuladas, generalmente, por la cantidad de luz y oscuridad que recibe una planta (o fotoperiodo). También incluye respuestas a algún tipo de estrés (sequía, heladas, infecciones).
Hormonas vegetales
En la respuesta de las plantas a los estímulos son vitales las hormonas vegetales, o fitohormonas. Luego de la detección del estímulo, una o varias hormonas se encargan de producir una respuesta celular acorde al estímulo. El efecto de las hormonas puede darse en el mismo lugar donde son secretadas o viajar a través de la planta al órgano vegetal implicado.
Las hormonas vegetales son moléculas orgánicas que desencadenan en la planta una respuesta a un estímulo, que tiene efecto en el crecimiento y el desarrollo de las plantas.
Las hormonas vegetales presentan las siguientes características:
- Cada hormona vegetal tiene una amplia gama de funciones y pueden trabajar de forma independiente, antagónica o conjunta, entre ellas, para regular un proceso fisiológico.
- La producción de hormonas suele darse en cantidades bastante pequeñas.
- Producen efectos activadores o inhibidores de distintos procesos de desarrollo y crecimiento en las plantas.
Aunque existen muchas hormonas vegetales, hay cinco tipos que son las más conocidas y estudiadas: Las auxinas, giberelinas, citoquininas, el ácido abscísico y el etileno.
Las auxinas, giberelinas y citoquininas se consideran, normalmente, activadoras del crecimiento, desarrollo y maduración de distintas partes de la planta; en cambio, el ácido abscísico y el etileno se consideran inhibidores del crecimiento o, más bien, activadores de procesos de envejecimiento (como la maduración de frutos y caída de las hojas). Sin embargo, como mencionamos, las hormonas suelen tener funciones variadas y pueden trabajar en conjunto para regular un proceso específico.
Movimientos de las plantas
Los movimientos que se dan en las plantas son principalmente de dos tipos: tropismos y nastias. Se diferencian en el tipo de estímulo que los provoca y la naturaleza de la respuesta.
Tropismos
Los tropismos se refieren a los movimientos de la planta, en respuesta a un estímulo, que afectan la dirección del crecimiento de sus distintos órganos. Por estar relacionados con el crecimiento, los tropismos se dan a mediano y largo plazo; son respuestas lentas, retardadas y permanentes. Además, los estímulos suelen ser continuos o estables en su periodicidad.
Dependiendo de la respuesta de la planta al estímulo, los tropismos pueden ser:
- Positivos: cuando el órgano vegetal crece hacia el estímulo, como un tallo creciendo hacia la luz solar.
- Negativos: cuando el órgano vegetal crece en dirección opuesta al estímulo, como una raíz creciendo en sentido contrario a la luz solar.
Con base al tipo de estímulo, los principales tropismos que encontramos en plantas pueden clasificarse como:
- Fototropismo: respuesta a la luz (ver Fig. 2). Es positivo en el tallo y negativo en la raíz.
- Geotropismo: respuesta a la gravedad (Fig. 3). El geotropismo, o gravitropismo, es positivo en la raíz y negativo en el tallo.
- Hidrotropismo: respuesta a la presencia de agua. Se da principalmente en la raíz, que presenta un hidrotropismo positivo.
- Tigmotropismo: respuesta a un estímulo físico, depende de la fuente del estímulo y de la estructura u órgano vegetal afectado.
Al encontrar alguna estructura para apoyarse, las plantas enredaderas desarrollan zarcillos que les permitan sujetarse a ellas.
- Quimiotropismo: respuesta a una sustancia química; depende de la sustancia específica y la la estructura u órgano vegetal afectado.
Nastias
Las nastias también son movimientos de la planta en respuesta a un estímulo externo; pero, esta respuesta es más rápida y de duración temporal. Los estímulos que provocan las nastias suelen ser, también, rápidos, y la mayoría no son continuos o no tienen una periodicidad estable (excepto los períodos de luz solar).
Las nastias relacionadas al contacto físico incluyen el cierre de las hojas, como en la planta dormilona (Mimosa pudica) cuando son tocadas (Fig. 4) y en las plantas carnívoras para atrapar insectos.
Algunas flores se mantienen abiertas solo durante el día y se cierran durante la noche, otras tienen el patrón opuesto (como el dondiego de noche). El movimiento de las flores del girasol, siguiendo al sol durante el día, también es una nastia.
Fig. 4: La planta Mimosa pudica cierra sus foliolos al ser tocada. Se trata de una nastia.
Fotoperiodismo
Como todos sabemos, uno de los factores que más afecta a una planta es la luz. Ya mencionamos que esta sirve de indicador para el fototropismo y, además, es la fuente de energía para que las plantas lleven a cabo la fotosíntesis. Sin embargo, la influencia de la luz va más allá, ya que también señaliza a la planta cuándo activar distintos procesos de su ciclo de vida. Para este tipo de respuestas fisiológicas y del desarrollo, no solo importa la dirección de la cual proviene la luz, sino la proporción de luz y sombra que recibe una planta (fotoperiodo).
El fotoperiodo es la proporción o número de horas de luz y oscuridad a las que un organismo es expuesto durante un período de 24 horas.
Fotoperiodismo es la respuesta fisiológica de un organismo a los cambios en la proporción del número de horas de luz y oscuridad que recibe.
El fotoperiodismo regula procesos como la floración, la formación de brotes de invierno, la maduración de frutos y la caída de hojas. Aunque la temperatura y la intensidad de la luz afectan al desarrollo de la planta, no son indicadores precisos de los cambios estacionales, porque fluctúan de un año a otro. En cambio, la duración del día es un mejor indicador de la estación, por ser más estable a través de los años.
Fitocromos
Las plantas, al igual que los animales, poseen receptores para detectar los cambios en su entorno. Dentro de los receptores más importantes en las plantas, están los fitocromos, un tipo de fotorreceptores.
Los fotorreceptores son estructuras o compuestos que detectan la luz. Los fotorreceptores están formados por cromoproteínas.
- Una cromoproteína está formada por una proteína unida a un pigmento que absorbe la luz.
- Los fitocromos son pigmentos vegetales que absorben la luz, principalmente en los rangos de longitud de onda roja y roja lejana.
El sistema de fitocromos permite a las plantas detectar los cambios estacionales (fotoperiodo), según la cantidad de luz roja y roja lejana. Por lo tanto, los fitocromos indican a la planta cuando activar respuestas fisiológicas acordes a la estación del año.
Relación de las plantas - Puntos clave
- Las plantas detectan cambios en su entorno por medio de receptores, que incluyen algunas células epidérmicas (para contacto físico), fotorreceptores (para diferentes longitudes de onda de la luz solar) y amiloplastos (para la gravedad).
- Los estímulos que captan las plantas se deben a factores bióticos (herbivoría, patógenos, otras plantas, organismos mutualistas) y abióticos (humedad, luz, temperatura, gravedad, etc.).
- Al detectar un estímulo, las plantas producen fitohormonas (mensajeros químicos) que envían señales para iniciar cambios fisiológicos en respuesta a estos estímulos.
- Las respuestas de las plantas incluyen cambios de dos tipos: de crecimiento o movimiento, que son movimientos relacionados principalmente a la dirección del crecimiento (tropismos); y cambios fisiológicos, más relacionados con el desarrollo y maduración de la planta, activando procesos que son parte de su ciclo de vida (floración, formación de frutos, germinación de una semilla, etc.).
- Las respuestas en el desarrollo de la planta (ciclo de vida) son estimuladas, generalmente, por la cantidad de luz y oscuridad que recibe una planta, o fotoperiodo.
References
- Fig. 4 - Imagen por Berkshire Community College Bioscience Image Library (https://www.flickr.com/photos/internetarchivebookimages/20723053176/), Dominio público.
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