Cualquiera que haya viajado a través de múltiples zonas horarias y haya sufrido un desfase horario comprenderá cuán poderosos son nuestros relojes biológicos.
De hecho, cada célula del cuerpo humano tiene su propio reloj molecular, que es capaz de generar un aumento y disminución diarios en la cantidad de proteínas que el cuerpo produce durante un ciclo de 24 horas.
El cerebro contiene un reloj maestro que mantiene el resto del cuerpo sincronizado, utilizando señales de luz de los ojos para mantenerse al día con el medio ambiente.
Las plantas tienen ritmos circadianos similares que les ayudan a decir la hora del día, preparando las plantas para la fotosíntesis antes del amanecer, activando los mecanismos de protección térmica antes de la parte más calurosa del día y produciendo néctar cuando los polinizadores tienen más probabilidades de visitar. Y al igual que en los humanos, cada célula de la planta parece tener su propio reloj.
Pero a diferencia de los humanos, las plantas no tienen cerebro para mantener sus relojes sincronizados. Entonces, ¿cómo coordinan las plantas sus ritmos celulares? Nuestra nueva investigación muestra que todas las células de la planta se coordinan en parte a través de algo llamado autoorganización local.
Estas son efectivamente las células de las plantas que comunican su sincronización con las células vecinas, de manera similar a cómo las escuelas de peces y bandadas de aves coordinan sus movimientos al interactuar con sus vecinos.
Investigaciones anteriores descubrieron que la hora del reloj es diferente en diferentes partes de una planta. Estas diferencias se pueden detectar midiendo el momento de los picos diarios en la producción de proteínas del reloj en los diferentes órganos. Estas proteínas de reloj generan las oscilaciones de 24 horas en procesos biológicos.
Por ejemplo, las proteínas del reloj activan la producción de otras proteínas responsables de la fotosíntesis en las hojas justo antes del amanecer. Decidimos examinar el reloj en todos los órganos principales de la planta para ayudarnos a comprender cómo las plantas coordinan su sincronización para mantener a toda la planta en armonía.
Lo que hace que las plantas funcionen
Encontramos que en las plántulas de berro de thale (Arabidopsis thaliana), el número de proteínas de reloj 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 la luz y la temperatura, y utilizan esta información para establecer su propio ritmo de forma independiente.
Si los ritmos en diferentes órganos no están sincronizados, ¿sufren las plantas algún tipo de desfase horario interno? 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. Es un poco como un estadio o una ola “mexicana” de fanáticos de los deportes de pie detrás de las personas a su lado para crear un movimiento ondulatorio entre la multitud.
Nuestro trabajo muestra que estas ondas surgen de las diferencias entre los órganos a medida que las células comienzan a comunicarse. Cuando el número de proteínas de reloj en una célula alcanza su punto máximo, la célula se comunica esto a sus vecinos más lentos, que siguen el liderazgo de la primera célula y también producen más proteínas de reloj.
Estas células luego hacen lo mismo con sus vecinos, y así sucesivamente. Tales patrones se pueden observar en otras partes de la naturaleza. Algunas especies de luciérnagas forman patrones de ondas espaciales a medida que sincronizan sus destellos con sus vecinos.
La toma de decisiones local por las células, combinada con la señalización entre ellas, podría ser cómo las plantas toman decisiones sin cerebro. Permite que las células en diferentes partes de la planta tomen diferentes decisiones sobre cómo crecer. Las células en el brote y la raíz pueden optimizar por separado el crecimiento a sus condiciones locales.
El brote puede doblarse hacia donde la luz no está obstruida y las raíces pueden crecer hacia el agua o hacia un suelo más rico en nutrientes. También podría permitir que las plantas sobrevivan a la pérdida de órganos a través del daño o de ser devoradas por un herbívoro.
Esto podría explicar cómo las plantas pueden adaptar continuamente su crecimiento y desarrollo para hacer frente a los cambios en su entorno, lo que los científicos llaman “plasticidad”. Comprender cómo las plantas toman decisiones no solo es interesante, sino que ayudará a los científicos a criar nuevas variedades de plantas que puedan responder a su entorno cada vez más cambiante con el cambio climático.
Autores: Mark Greenwood PhD Investigador en Biología Celular, Universidad de Cambridge; James Locke Líder del Grupo de Investigación en Biología de Sistemas, Universidad de Cambridge. Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons.