La rotación de la Tierra alrededor del Sol trae consigo cambios cruciales en el medio ambiente. La consecuencia más evidente de este hecho es la presencia de ciclos de luz y oscuridad, así como de frío y calor, y esto no solo afecta un período diario, sino también estacional.

Incluso para el observador más casual es evidente que el metabolismo, la fisiología y el comportamiento de la mayoría de los organismos cambian profundamente entre el día y la noche. No obstante, es menos obvio que la mayoría de los organismos tienen la capacidad innata de medir el tiempo, y eso incluye a las plantas.

Aumentar la expresión de esta proteína acelera el proceso de fotosíntesis

Sincronía endógena

Presentes en una amplia gama de formas de vida, incluyendo humanos, animales y plantas, e incluso hongos y algunos tipos de bacterias, los ritmos circadianos, considerados como relojes internos, son ciclos biológicos que tienen un período de alrededor de 24 horas.

Con la autoorganización local las células de las plantas comunican efectivamente su sincronización con las células vecinas lo que les permite tomar decisiones aún sin contar con un cerebro.

Las plantas son organismos sésiles (que están fijos en un lugar) y, por lo tanto, no pueden escapar cuando las condiciones ambientales se vuelven desfavorables. Los ritmos circadianos les permite hacer frente a entornos adversos, así como sincronizarse con cambios predecibles, como el cambio de día a noche.

De este modo, las plantas se preparan para la fotosíntesis antes del amanecer, activan los mecanismos de protección térmica antes de la parte más calurosa del día y producen néctar cuando es más probable que los polinizadores las visiten.

Estos procesos circadianos implican una coordinación celular sistémica, la cual, en el caso de animales y humanos, es una tarea de la que se encarga el cerebro. El hecho de que las plantas sean capaces de efectivamente sincronizar sus relojes internos sin contar con un cerebro, es una cuestión que ha sido fuente de amplios debates entre la comunidad científica.

En este sentido, los resultados de una reciente investigación muestran que todas las células de la planta se coordinan en parte a través de algo llamado autoorganización local, un proceso en el que efectivamente las células de las plantas comunican su sincronización con las células vecinas, de manera similar a cómo los bancos de peces y bandadas de pájaros coordinan sus movimientos grupales.

Ritmos independientes

A fin de comprender cómo las plantas coordinan su sincronización para mantener a toda la planta en armonía, el equipo de investigación decidió examinar el reloj interno en todos los órganos principales de una planta, más específicamente, en las plántulas de berro de thale (Arabidopsis thaliana).

Los ritmos circadianos les permite a las plantas hacer frente a entornos adversos, así como sincronizarse con cambios predecibles.

Estos análisis revelaron que el número de proteínas circadianas alcanza su punto máximo en diferentes momentos en cada órgano. Los órganos, como las hojas, las raíces y los tallos, reciben diferentes señales de su microambiente local, como luz y temperatura, y utilizan esta información para establecer su propio ritmo de forma independiente.

Si bien los relojes individuales en diferentes órganos alcanzan su punto máximo en diferentes momentos, esto no resultó en un caos completo. Sorprendentemente, las células comenzaron a formar patrones de ondas espaciales, donde las células vecinas se retrasaron ligeramente entre sí.

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La investigación muestra que estas ondas surgen de las diferencias entre los órganos a medida que las células comienzan a comunicarse. Cuando el número de proteínas circadianas en una célula alcanza su punto máximo, la célula se comunica esto a sus vecinos, quienes siguen el liderazgo de la primera célula y también producen más de estas proteínas. Luego, estas células hacen lo mismo con sus vecinos, y así sucesivamente.

Los autores de estudio explican que la toma de decisiones local por parte de las células, combinada con la señalización entre ellas, podría ser la forma en que las plantas toman decisiones basadas en los cambios ambientales asociados al paso del tiempo, aún sin contar con un cerebro.

Referencia: Coordinated circadian timing through the integration of local inputs in Arabidopsis thaliana. Plos Biology, 2019. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000407

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