Descubren cómo saben las plantas de dónde viene la luz

Científicos suizos han combinado conocimientos de biología e ingeniería para descubrir una sorprendente característica de los tejidos que permite a las plantas detectar señales luminosas direccionales.

En concreto 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 "visible" para la planta, según publican sus autores 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 de la vista comparable al ojo. Esta información es inestimable para orientarse o situarse de forma óptima en el entorno.

Percibir de dónde procede la luz es especialmente importante para las plantas, que utilizan esta información para posicionar sus órganos, fenómeno conocido como fototropismo. Esto les permite captar una mayor cantidad de rayos solares, que luego convierten en energía química mediante el proceso de fotosíntesis, un proceso vital necesario para la producción de casi todos los alimentos que consumimos.

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

Un estudio multidisciplinar que combina los conocimientos de los equipos del doctor Christian Fankhauser, profesor titular y director del Centro de Genómica Integrativa de la Facultad de Biología y Medicina de la Universidad de Lausana; el doctor Andreas Schüler, jefe del grupo de Nanotecnología para la Conversión de la Energía Solar del Laboratorio de Energía Solar y Física de la Construcción de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza), y el Centro de Microscopía Electrónica de la UNIL ha descubierto una sorprendente característica de los tejidos que permite a las plantas detectar señales luminosas direccionales.

"Todo empezó con la observación de un mutante de la especie modelo 'Arabidopsis thaliana', cuyo tallo era sorprendentemente transparente", explica Christian Fankhauser, que dirigió la investigación.

Estas plantas no respondían correctamente a la luz. El biólogo decidió entonces recurrir a los conocimientos de su colega Andreas Schüler, de la EPFL, para seguir comparando las propiedades ópticas específicas de las muestras mutantes frente a las silvestres.

"Descubrimos que el aspecto lechoso natural de los tallos de las plantas silvestres jóvenes se debía, de hecho, a la presencia de aire en canales intercelulares localizados con precisión en diversos tejidos. En las muestras mutantes, el aire es sustituido por un líquido acuoso, lo que les confiere un aspecto translúcido", prosigue el investigador.

Descubrieron que estos canales llenos de aire permiten al tallo fotosensible establecer un gradiente de luz que la planta puede "leer". Así, la planta puede determinar el origen de la fuente de luz. Este fenómeno se debe a las diferentes propiedades ópticas del aire y el agua, que constituyen la mayor parte de los tejidos vivos.

"Más concretamente, el aire y el agua tienen índices de refracción diferentes. Esto provoca la dispersión de la luz a su paso por la plántula. Todos hemos observado este fenómeno al admirar un arco iris", explica en un comunicado Martina Legris, becaria posdoctoral del grupo del profesor Fankhauser y coautora del estudio.

Gracias a su investigación, los científicos han revelado un novedoso mecanismo que permite a los organismos vivos percibir de dónde viene la luz, lo que les permite colocar sus órganos, como las hojas, de forma que se optimice la captación de luz para la fotosíntesis.

El estudio también ha permitido comprender mejor la formación de canales intercelulares llenos de aire, que tienen diversas funciones en las plantas, además de la formación de gradientes de luz. Entre otros usos, estos canales favorecen el intercambio gaseoso y también permiten resistir la hipoxia (reducción de la cantidad de oxígeno) en caso de inundación. Su desarrollo, desde la fase embrionaria hasta la edad adulta, sigue siendo muy poco conocido.

Los recursos genéticos utilizados en este estudio serán útiles para comprender mejor la formación y el mantenimiento de estas intrigantes estructuras, concluyen los investigadores.