INVESTIGACIONES ECOLOGICAS

Que las plantas sobrevivirá a las sequías, en el cambio climático?


Una nueva investigación de científicos de la vida de la UCLA podría llevar a las predicciones de los cuales las especies de plantas se escapan a la extinción por el cambio climático.

Las sequías se agravan en todo el mundo, lo que representa un gran desafío para las plantas en todos los ecosistemas, dijo Lawren Sack, profesor de UCLA de ecología y biología evolutiva y autor principal de la investigación. Los científicos han debatido durante más de un siglo la manera de predecir qué especies son más vulnerables.

Sack y dos miembros de su laboratorio han hecho un descubrimiento fundamental que se resuelva este debate y permite la predicción de cómo diversas especies de plantas y tipos de vegetación en todo el mundo va a tolerar la sequía, lo cual es crítico debido a las amenazas que plantea el cambio climático, dijo.

La investigación está actualmente disponible en la edición digital de la revista Ecology Letters, y se publicará en una próxima edición impresa.

¿Por qué un marchitamiento de girasol y desecar rápidamente cuando el suelo se seca, mientras que los arbustos nativos chaparral de California sobrevivir largas temporadas secas, con sus hojas siempre verdes? Puesto que hay muchos mecanismos involucrados en la determinación de la tolerancia a la sequía de las plantas, ha habido un intenso debate entre los científicos de las plantas sobre las que es rasgo más importante. El equipo de la UCLA, financiado por la National Science Foundation, se centró en un rasgo llamado "punto de pérdida de turgencia, que nunca antes se había demostrado para predecir la tolerancia a la sequía en especies de plantas y ecosistemas.

Una diferencia fundamental entre plantas y animales es que las células de la planta están encerrados por paredes celulares, mientras que las células animales no lo son. Para mantener sus células funcionales, las plantas dependen de "la presión de turgencia" - la presión producida en las células por el agua salada interna empujando y levantando las paredes celulares. Cuando las hojas abren sus poros o estomas, para capturar el dióxido de carbono para la fotosíntesis, que pierden una considerable cantidad de esta agua a la evaporación. Esto deshidrata las células, induciendo una pérdida de presión.

Durante la sequía, el agua de la célula se vuelve más difícil de reemplazar. El punto de la pérdida de la turgencia de la que se alcanza cuando las células de la hoja llega a un punto en el que sus paredes se vuelven flácidos, lo que la pérdida de células a nivel de la turgencia de la hoja hace que el ser débil y marchita, y la planta no puede crecer, dijo Sack.

"El secado del suelo puede causar que las células de una planta para alcanzar el punto de turgencia de la pérdida, y la planta se enfrenta a la posibilidad de elegir entre el cierre de los estomas y correr el riesgo de hambre o de la fotosíntesis con hojas marchitas y correr el riesgo de dañar sus paredes celulares y las proteínas metabólicas", dijo Sack. "Para ser más tolerante a la sequía, la planta necesita para cambiar su punto de pérdida de la turgencia de modo que sus células serán capaces de mantener su turgencia, incluso cuando el suelo está seco."

Los biólogos demostraron que dentro de los ecosistemas y en todo el mundo, las plantas que son más tolerantes a la sequía tenía los puntos más bajos de pérdida de turgencia, ya que podrían mantener su turgencia a pesar de suelo seco.

El equipo también decidió adicionales décadas de antigüedad, las controversias, el vuelco de los supuestos de larga data de muchos científicos acerca de los rasgos que determinan el punto de turgencia y la pérdida de tolerancia a la sequía. Dos rasgos relacionados con las células vegetales se han pensado para afectar a punto de las plantas de la pérdida de turgencia y mejorar la tolerancia a la sequía: Las plantas pueden hacer que sus paredes celulares rígidas o pueden hacer que sus células más salado cargándolos con solutos disueltos. Muchos destacados científicos se inclinan por la "rigidez de la pared celular" explicación porque las plantas en las zonas secas de todo el mundo tienden a tener las hojas pequeñas y duras. Paredes rígidas de células podría permitir a la hoja para evitar el marchitamiento y aferrarse a sus aguas durante las épocas secas, los científicos motivado. Poco se sabía acerca de la salinidad de las células de las plantas de todo el mundo.

El equipo de la UCLA ha demostrado de manera concluyente que es la salinidad del jugo celular que explica la tolerancia a sequía en todas las especies. Su primer acercamiento fue matemático, el equipo de revisarse las ecuaciones fundamentales que rigen el comportamiento de marchitez y los resolvió por primera vez. Su solución matemática señaló la importancia de la savia de las células más saladas. Saladas jugo celular en cada célula de la planta permite a la planta para mantener la turgencia de la presión durante las épocas secas y continuar la fotosíntesis y el crecimiento como la sequía se produce. La ecuación muestra que las paredes gruesas de células no contribuyen directamente a la prevención de marchitamiento, a pesar de que proporcionan beneficios indirectos que pueden ser importantes en algunos casos - la protección de la contracción excesiva de células y de los daños debidos a los elementos o insectos y mamíferos.

El equipo también ha recogido por primera vez la tolerancia a la sequía rasgo de datos de especies en todo el mundo, lo que confirma su resultado. A través de las especies dentro de áreas geográficas y en todo el mundo, tolerancia a la sequía se correlacionó con la salinidad del jugo celular y no con la rigidez de las paredes celulares. De hecho, las especies con las paredes celulares rígidas se encuentran no sólo en las zonas áridas, sino también en sistemas húmedos como las selvas tropicales, porque también en este caso, la evolución favorece la larga vida hojas protegidas contra daños.

El localizar con toda precisión de la salinidad de células como el principal impulsor de la tolerancia a la sequía disipó las controversias más importantes, y que abre el camino a las predicciones de las especies que podrían escapar de la extinción por el cambio climático, dijo Sack.

"La sal concentrada en las células de ésta retiene el agua con más fuerza y directamente permite a las plantas para mantener la turgencia durante la sequía", dijo el coautor de la investigación, Christine Scoffoni, un estudiante de doctorado de la UCLA en el departamento de ecología y biología evolutiva.

El papel de la pared celular rígida era más difícil de alcanzar.

"Estábamos sorprendidos de ver que tiene una pared celular rígida reduce realmente tolerancia a la sequía poco - al contrario de la sabiduría recibida -, pero que muchas plantas resistentes a la sequía con una gran cantidad de sal también tenía las paredes rígidas de células", dijo el autor principal Megan Bartlett, estudiante graduado de UCLA en el departamento de ecología y biología evolutiva.

Esta aparente contradicción se explica por la necesidad de secundaria de las plantas tolerantes a la sequía para proteger sus células de deshidratación de la disminución a medida que pierden la presión de turgencia, dijeron los investigadores.

"A pesar de una pared rígida no mantiene la turgencia de la célula, impidiendo que las células disminuyendo a medida que disminuye la turgencia y tiene en el agua para que las células aún son más grandes e hidratada, incluso en el punto de pérdida de turgencia", explicó Bartlett. "Así que la combinación ideal para una planta es tener una alta concentración de solutos para mantener la presión de turgencia y una pared celular rígida para evitar que pierdan el exceso de agua y la reducción de las caídas de presión de agua de la hoja. Sin embargo, incluso sensibles a la sequía las plantas suelen tener de espesor paredes de las células debido a que las hojas duras son también una buena protección contra los herbívoros y el desgaste diario. "

A pesar de que el equipo demostró que punto de la pérdida de turgencia y la savia salados celulares tienen un poder excepcional para predecir la tolerancia a la sequía de la planta, algunas de las plantas del desierto más famosos y diversos - incluyendo los cactus, yucas y agaves - presentan el diseño de lo contrario, con muchos flexibles con paredes de las células que contienen la savia diluidas y perdería la turgencia rápidamente, dijo Sack.

"Estas plantas suculentas son realmente terrible en tolerar la sequía, y en su lugar de evitarlo", dijo. "Debido a que gran parte de su tejido son las células de almacenamiento de agua, pueden abrir sus estomas mínimamente durante el día o la noche y sobrevivir con el agua almacenada hasta que llueve. Paredes celulares flexibles ayudarles a liberar el agua con el resto de la planta."

Este nuevo estudio demostró que la salinidad de las células en las hojas de las plantas puede explicar que las plantas viven y los tipos de plantas que dominan los ecosistemas de todo el mundo. El equipo está trabajando con colaboradores en el Jardín Botánico Tropical de Xishuangbanna de Yunnan, China, para desarrollar un nuevo método para medir rápidamente la pérdida de la turgencia de punto a través de un gran número de especies y hacer posible la evaluación crítica de la tolerancia a la sequía para miles de especies para el primer tiempo.

"Estamos muy contentos de tener un indicador de la sequía de gran alcance que se puede medir fácilmente", dijo Bartlett. "Podemos aplicar esto a través de ecosistemas enteros o familias de plantas para ver cómo las plantas se han adaptado a su medio ambiente y para desarrollar mejores estrategias para su conservación en la cara del cambio climático."

Fuente: Science Daily