Descubrieron cómo es el sorprendente mecanismo que permite a las plantas orientarse hacia la luz

Las plantas no tienen órganos visuales, entonces ¿cómo saben de dónde viene la luz? Esa es una pregunta que los científicos han tratado de responder. En un original estudio realizado recientemente que combina experiencia en biología e ingeniería, el equipo dirigido por el profesor Christian Fankhauser de la Universidad de Lausana (UNIL), en colaboración con colegas del Clúster de Energías Renovables (EPFL), ha descubierto que un tejido vegetal sensible a la luz utiliza las propiedades ópticas de la interfaz entre el aire y el agua para generar un gradiente de luz que es visible para la planta. Estos resultados fueron publicados en la revista Science.

La mayoría de los organismos vivos (microorganismos, plantas y animales) tienen la capacidad de determinar el origen de una fuente de luz, incluso en ausencia de un órgano visual comparable al ojo. Esta información es invaluable para orientarse o posicionarse de manera óptima en el entorno.

Percibir de dónde proviene la luz es particularmente importante para las plantas, que utilizan esta información para posicionar sus órganos, un fenómeno conocido como fototropismo. Esto les permite capturar más rayos del sol, que luego convierten en energía química mediante el proceso de fotosíntesis, un proceso vital que es necesario para la producción de casi todos los alimentos que comemos.

Aunque se conoce desde hace mucho tiempo cuál es el fotorreceptor que inicia el fototropismo, las propiedades ópticas del tejido vegetal fotosensible siguen siendo hasta ahora un misterio.

Este estudio multidisciplinario publicado en Science, que combina la experiencia de los equipos de Christian Fankhauser, profesor titular y director del Centro de Genómica Integrativa de la Facultad de Biología y Medicina de la UNIL); Andreas Schüler, jefe del grupo de Nanotecnología para la Conversión de Energía Solar en el Laboratorio de Física de la Construcción y Energía Solar de la EPFL y el Centro de Microscopía Electrónica de la UNIL, quienes descubrieron una sorprendente característica del tejido que permite a las plantas detectar señales de luz direccionales.

“Todo empezó con la observación de un mutante de la especie modelo Arabidopsis thaliana, el berro thale, cuyo tallo era sorprendentemente transparente —explicó Fankhauser, que dirigió la investigación—. Estas plantas no respondieron correctamente a la luz”. El biólogo de UNIL decidió entonces recurrir a las habilidades de su colega Schüler de la EPFL para seguir comparando las propiedades ópticas específicas de las muestras mutantes con las de tipo salvaje.

“Descubrimos que el aspecto lechoso natural de los tallos de las plantas silvestres jóvenes se debía en realidad a la presencia de aire en canales intercelulares ubicados precisamente en diversos tejidos. En los especímenes mutantes, el aire es reemplazado por un líquido acuoso, lo que les da una aspecto translúcido”, afirmó Fankhauser.

Esos canales llenos de aire permiten que el tallo fotosensible establezca un gradiente de luz que la planta puede “leer”. Así puede determinar el origen de la fuente de luz. Este fenómeno se debe a las diferentes propiedades ópticas del aire y del agua, que constituyen la mayor parte del tejido vivo. “Más concretamente, el aire y el agua tienen índices de refracción diferentes. Esto provoca que la luz se disperse al pasar a través de la plántula. Todos hemos observado este fenómeno al admirar un arco iris”, explicó Martina Legris, becaria postdoctoral en el grupo de Fankhauser y co-primera autor del estudio.

Gracias a su investigación, los científicos han revelado un novedoso mecanismo que permite a los organismos vivos percibir de dónde proviene la luz, permitiéndoles posicionar sus órganos, como las hojas, de manera que se optimice la captura para la fotosíntesis. El estudio también proporcionó una mejor comprensión de la formación de canales intercelulares llenos de aire, que tienen una variedad de funciones en las plantas, además de los gradientes de luz.

Entre otras utilidades, estos canales favorecen el intercambio gaseoso y también permiten resistir la hipoxia, la reducción de la cantidad de oxígeno, en caso de inundación. Su desarrollo desde la etapa embrionaria hasta la edad adulta aún no se conoce muy bien. “Los recursos genéticos utilizados en este estudio serán útiles para comprender mejor la formación y el mantenimiento de estas estructuras intrigantes”, concluyó Fankhauser.