Una nueva teoría de la evolución de las plantas sugiere que el impulso de 400 millones de años de la flora en todo el mundo puede no haber sido impulsado por los rasgos sobre el suelo que podemos ver fácilmente, sino por adaptaciones subterráneas que permitieron a las plantas volverse más eficientes e independientes..
A medida que las especies de plantas se extendieron hacia el norte y el sur desde sus inicios tropicales ricos en nutrientes, las puntas finas de sus raíces se volvieron más estrechas y extendidas para ayudarlas a explorar suelos cada vez más pobres en busca de nutrientes vitales, según un estudio del 21 de febrero en la revista Naturaleza dirigido por investigadores de la Universidad de Princeton y la Academia de Ciencias de China CAS en Beijing. Además, a medida que las plantas se diseminan hacia entornos impredecibles como los desiertos áridos, se vuelven menos dependientes de los hongos simbióticos, o micorrizas, que colonizan las raícesy ayudar a las plantas hospedantes a obtener los nutrientes vegetales esenciales nitrógeno y fósforo.
Los hallazgos reconsideran cómo las plantas se adaptaron a nuevos entornos a medida que evolucionaron, dijo el autor correspondiente Lars Hedin, el profesor de biología George M. Moffett y presidente y profesor de ecología y biología evolutiva y el Instituto Ambiental de Princeton. En el pasado, los científicos se han enfocadosobre las características de la superficie, principalmente los rasgos de las hojas y la eficiencia con la que las plantas absorben la luz solar para la fotosíntesis, dijo.
En cambio, dijo Hedin, él y sus colegas han descubierto por primera vez que el diámetro de la raíz y la dependencia de los hongos, o la falta de ellos, son los rasgos que caracterizan de manera más consistente a la comunidad de plantas en biomas enteros, que son grandes y distintoscomunidades de animales y plantas como un desierto, bosque templado o sabana.
"Estas son las estrategias secretas que las plantas han utilizado a lo largo del tiempo para apoderarse del mundo", dijo Hedin. "Nuestro objetivo era desbloquear la comprensión de esas estrategias, y nuestros hallazgos ofrecen una nueva teoría global para la evolución de las plantas. Oculto bajo tierraha habido un tremendo juego de supervivencia del más apto y tenemos la suerte de tener la primera visión de la ciencia de ese juego.
"Este trabajo tiene importantes implicaciones para la conservación y nuestra administración del mundo vegetal", continuó Hedin. "Proporciona algunas de las reglas ocultas y subterráneas mediante las cuales las plantas sobreviven y se propagan. Es una visión global de la evolución de las plantas en untiempo en el que las reglas globales son esenciales para construir modelos climáticos y comprender la biosfera ".
Mingzhen Lu, primer autor de Princeton y estudiante de posgrado en el grupo de investigación de Hedin, dijo que si los rasgos de las raíces de hecho determinan la capacidad de una planta para resistir un ambiente en particular, estos hallazgos podrían ser valiosos para conservar especies en peligro de extinción o proyectar cómo las plantas podrían adaptarseal cambio climático.
"Nuestros hallazgos simplifican cómo podemos caracterizar prácticamente la estrategia de una planta para obtener nutrientes", dijo Lu. "Conocer su estrategia de nutrientes subyacente nos ayudará a saber cómo conservarlos o conocer las condiciones en las que podrían o no sobrevivir."
Kurt Pregitzer, profesor Thomas Reveley y decano de la Facultad de Recursos Naturales de la Universidad de Idaho, dijo que este trabajo podría ser especialmente útil para combatir las especies invasoras que, en un mundo altamente móvil, amenazan cada vez más la biodiversidad. Pregitzer es familiarcon la investigación pero no tuvo ningún papel en ella.
"Las especies invasoras causan un desplazamiento generalizado de plantas nativas y enormes impactos económicos en todo el mundo", dijo Pregitzer. "Este estudio puede abrir líneas de investigación científica completamente nuevas que nos ayuden a comprender mejor cómo los sistemas de raíces de las plantas invasoras ayudan a estas especies exóticas a superarplantas autóctonas."
El Naturaleza el papel es único por su escala y aplicación cuidadosa de métodos científicos, dijo Pregitzer. "Este estudio es el primero realizado en una amplia gama de entornos terrestres y demuestra que las especies de plantas han desarrollado estrategias de raíces que se conservan dentro de las familias y géneros correspondientes.y especies ", dijo." Estos rasgos de las raíces probablemente faciliten el éxito de las plantas en ecosistemas naturales altamente competitivos ".
Los investigadores pasaron dos años examinando una base de datos excepcionalmente grande de rasgos de raíces que consta de 369 especies de siete biomas: desierto, pradera, mediterráneo, boreal, templado, subtropical y tropical.
Estos datos se recopilaron a lo largo de una década en el laboratorio del difunto coautor para correspondencia Dali Guo, profesor del Instituto de Ciencias Geográficas e Investigación de Recursos Naturales de CAS. El primer autor Zeqing Ma es investigador asociado en el laboratorio de Guo yEl coautor Xiangliang Xu es un colega de Guo. Los coautores del artículo también incluyeron a los expertos en raíces Richard Bardgett, profesor de ecología en la Universidad de Manchester en el Reino Unido; David Eissenstat, profesor de fisiología de plantas leñosas en la Universidad Estatal de Pensilvania; y M. Luke McCormack, investigador asociado de la Universidad de Minnesota.
Los investigadores encontraron que las plantas en biomas tropicales y subtropicales exhibían el rango de diámetro más grande para las puntas de las raíces más finas que buscan nutrientes, desde menos de 0.25 milímetros hasta 1 milímetro. Estas plantas de raíces más gruesas emplean lo que los autores llaman un"estrategia - similar a la de las primeras plantas terrestres de la Tierra - que se basa en los hongos del suelo que prevalecen en suelos tropicales y subtropicales húmedos y cálidos para proporcionar nutrientes. Los investigadores se refieren a suelos ricos en nutrientes en entornos consistentemente sofocantes como" predecibles ".
Mientras tanto, los diámetros de raíces finas en biomas "impredecibles" caracterizados por suelos pobres, inviernos fríos y / o precipitaciones poco frecuentes caen dentro de un rango más estrecho ideal para ese ambiente. Por ejemplo, las especies de pastizales y desiertos estudiadas tenían todos los diámetros de raíces de menosLas puntas de las raíces en estos biomas evolucionaron para ser más delgadas para que pudieran explorar el suelo de manera más eficiente por cada unidad de carbono que gasta la planta, y tienen menos dependencia de los hongos simbióticos.
Los datos extensos que utilizaron los investigadores les permitieron explorar la evolución de las raíces de las plantas en un grado nunca antes posible, dijo Lu. "La ecología de las plantas subterráneas ha sido poco estudiada, limitada por la escasez de datos", dijo. "Porquede eso, la regla de gobierno de lo que sucede bajo tierra ha sido muy poco conocida ".
"Hasta ahora", agregó Hedin, "todo el mundo ha intentado comprender de forma natural cómo se organizan las plantas observando los rasgos superficiales. Pero nuestros hallazgos no siguen las teorías superficiales, eso fue una sorpresa".
El estudio revela que la evolución de las raíces y las hojas ha seguido caminos diferentes, dijo Pregitzer. Los ecologistas de plantas han sabido que la forma y función de las hojas son esenciales para el éxito de una especie de planta, pero "no entendimos si esto era cierto en todo el mundo.tremenda diversidad de sistemas de raíces de plantas ", dijo.
"Curiosamente, se sabía poco acerca de cómo las raíces de las plantas han evolucionado para facilitar el éxito en sus hábitats nativos", dijo Pregitzer. "Ahora sabemos que las hojas y las raíces han respondido a diferentes presiones selectivas evolutivas, y podemos comenzar a construir una mejor comprensiónde cómo la forma y función de las raíces impulsan el éxito de las plantas dentro de la tremenda diversidad biológica que vemos en la Tierra ".
Los hallazgos se alinean con las ideas exploradas en Princeton que sugieren que las plantas, en lugar de ser características pasivas de su entorno, se han adaptado activamente y han dado forma a sus entornos, dijo Hedin. Fue autor principal de un artículo de 2015 en Plantas naturales que sugirió que los ecosistemas toman sus diversas formas porque las plantas se comportan de manera que no solo se benefician a sí mismas, sino que también determinan la productividad y la composición de sus hábitats.
"A lo largo del tiempo evolutivo, es como si las plantas hubieran explorado activamente las mejores estrategias para salvaguardar su propia supervivencia", dijo Hedin. Él y Lu llevaron esta perspectiva a la base de datos elaborada por sus colegas de CAS.
"Entendimos desde la perspectiva de la planta cómo llevar preguntas evolutivas a su conjunto de datos global único", dijo Hedin. "Fue esta gran colaboración en la que combinamos nuevas ideas con años de trabajo de campo minucioso para producir este gran resultado. No pudohan sucedido sin ambos lados ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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