26.4: El papel de las plantas semilleras

Habilidades para Desarrollar

• Explicar cómo la diversidad de angiospermas se debe, en parte, a múltiples interacciones con animales
• Describir las formas en que ocurre la polinización
• Discutir los roles que juegan las plantas en los ecosistemas y cómo la deforestación amenaza la biodiversidad vegetal

Sin plantas semilleras, la vida como la conocemos no sería posible. Las plantas juegan un papel clave en el mantenimiento de los ecosistemas terrestres a través de la estabilización de los suelos, el ciclo de carbono y la moderación climática. Los grandes bosques tropicales liberan oxígeno y actúan como sumideros de dióxido de carbono. Las plantas semilleras brindan refugio a muchas formas de vida, así como alimento para herbívoros, alimentando así indirectamente a los carnívoros. Los metabolitos secundarios vegetales se utilizan con fines medicinales y para la producción industrial.

Animales y Plantas: Herbivoría

La coevolución de plantas con flores e insectos es una hipótesis que ha recibido mucha atención y apoyo, sobre todo porque tanto las angiospermas como los insectos se diversificaron aproximadamente al mismo tiempo en el Mesozoico medio. Muchos autores han atribuido la diversidad de plantas e insectos a la polinización y herbivoría, o al consumo de plantas por insectos y otros animales. Se cree que esto ha sido tanto una fuerza impulsora como la polinización. La coevolución de herbívoros y defensas vegetales se observa en la naturaleza. A diferencia de los animales, la mayoría de las plantas no pueden dejar atrás a los depredadores ni usar la mímica para esconderse de Existe una especie de carrera armamentista entre plantas y herbívoros. Para “combatir” a los herbívoros, algunas semillas de plantas, como la bellota y el caqui no madurado, son ricas en alcaloides y, por lo tanto, no sabrosas para algunos animales. Otras plantas están protegidas por corteza, aunque algunos animales desarrollaron piezas bucales especializadas para desgarrar y masticar material vegetal. Espinas y espinas (Figura\(\PageIndex{1}\)) disuaden a la mayoría de los animales, a excepción de los mamíferos con pelaje grueso, y algunas aves tienen picos especializados para superar tales defensas.

Figura\(\PageIndex{1}\): (a) Espinas y (b) espinas son ejemplos de defensas vegetales. (crédito a: modificación de obra de Jon Sullivan; crédito b: modificación de obra por I. Sáček, Sr.)

La herbívora ha sido utilizada por las plantas semilleras para su propio beneficio en una muestra de relaciones mutualistas. La dispersión del fruto por los animales es el ejemplo más llamativo. La planta ofrece al herbívoro una fuente nutritiva de alimento a cambio de extender el material genético de la planta a un área más amplia.

Un ejemplo extremo de colaboración entre un animal y una planta es el caso de las acacias y las hormigas. Los árboles sostienen a los insectos con refugio y comida. A cambio, las hormigas desalientan a los herbívoros, tanto invertebrados como vertebrados, al picar y atacar a los insectos devoradores de hojas.

Animales y Plantas: Polinización

Los pastos son un grupo exitoso de plantas con flores que son polinizadas por el viento. Producen grandes cantidades de polen polvoriento arrastrado a grandes distancias por el viento. Las flores son pequeñas y parecidas a briznas. Árboles grandes como robles, arces y abedules también son polinizados por el viento.

Más del 80 por ciento de las angiospermas dependen de animales para la polinización: la transferencia de polen de la antera al estigma. En consecuencia, las plantas han desarrollado muchas adaptaciones para atraer polinizadores. La especificidad de las estructuras vegetales especializadas que se dirigen a los animales puede ser muy sorprendente. Es posible, por ejemplo, determinar el tipo de polinizador favorecido por una planta solo a partir de las características de la flor. Muchas flores polinizadas por pájaros o insectos secretan néctar, que es un líquido azucarado. También producen polen fértil, para reproducción, y polen estéril rico en nutrientes para aves e insectos.

Figura\(\PageIndex{2}\): A medida que una abeja recoge néctar de una flor, es espolvoreada por el polen, que luego dispersa a otras flores. (crédito: John Severns)

Las mariposas y las abejas pueden detectar la luz ultravioleta. Las flores que atraen a estos polinizadores suelen mostrar un patrón de baja reflectancia ultravioleta que les ayuda a localizar rápidamente el centro de la flor y recolectar néctar mientras se espolvorea con polen (Figura\(\PageIndex{2}\)). Las flores grandes y rojas con poco olor y forma de embudo largo son las preferidas por los colibríes, que tienen una buena percepción del color, un mal sentido del olfato y necesitan una percha fuerte. Las flores blancas abiertas por la noche atraen a las polillas. Otros animales, como murciélagos, lémures y lagartos, también pueden actuar como agentes polinizadores. Cualquier alteración en estas interacciones, como la desaparición de las abejas como consecuencia de los trastornos del colapso de las colonias, puede llevar a un desastre para las industrias agrícolas que dependen en gran medida de los cultivos polinizados.

Conexión del método científico: Prueba de atracción de moscas por olor a carne podrida

Pregunta: ¿Las flores que ofrecen señales a las abejas atraerán a las moscas carroñeras si se rocían con compuestos que huelen a carne podrida?

Fundamento: La visita de flores por moscas polinizadoras es una función principalmente del olfato. Las moscas son atraídas por la carne podrida y las carroñas. El olor pútrido parece ser el principal atrayente. Las poliaminas putrescina y cadaverina, que son los productos de la descomposición de proteínas después de la muerte animal, son la fuente del olor acre de la carne en descomposición. Algunas plantas atraen estratégicamente a las moscas sintetizando poliaminas similares a las generadas por la carne en descomposición y con ello atraen a las moscas carroñeras.

Las moscas buscan animales muertos porque normalmente ponen sus huevos sobre ellos y sus gusanos se alimentan de la carne en descomposición. Curiosamente, la hora de la muerte puede ser determinada por un entomólogo forense con base en las etapas y el tipo de gusano recuperado de cadáveres.

Hipótesis: Debido a que las moscas son atraídas hacia otros organismos por el olfato y no en la vista, una flor que normalmente es atractiva para las abejas por sus colores atraerá a las moscas si es rociada con poliaminas similares a las generadas por la carne en descomposición.

Pruebe la hipótesis:

1. Seleccionar flores generalmente polinizadas por las abejas. La petunia blanca puede ser una buena opción.
2. Divida las flores en dos grupos, y mientras usa protección ocular y guantes, rocíe un grupo con una solución de putrescina o cadaverina. (El dihidrocloruro de putrescina está típicamente disponible en una concentración de 98 por ciento; esto se puede diluir a aproximadamente 50 por ciento para este experimento).
3. Colocar las flores en un lugar donde estén presentes las moscas, manteniendo separadas las flores rociadas y no rociadas.
4. Observe el movimiento de las moscas durante una hora. Registrar el número de visitas a las flores usando una tabla similar a Tabla\(\PageIndex{1}\). Dado el rápido movimiento de las moscas, puede ser beneficioso usar una cámara de video para grabar la interacción entre mosca y flor. Reproduzca el video en cámara lenta para obtener un registro preciso del número de visitas con mosca a las flores.
5. Repita el experimento cuatro veces más con la misma especie de flor, pero usando diferentes especímenes.
6. Repita todo el experimento con un tipo diferente de flor que normalmente es polinizada por las abejas.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Resultados del número de visitas de moscas a flores rociadas y control/ no pulverizadas

Juicio #	Flores rociadas	Flores sin rociar
1
2
3
4
5

Analiza tus datos: Revisa los datos que has registrado. Promedio del número de visitas que las moscas realizaron a flores rociadas en el transcurso de los cinco ensayos (en el primer tipo de flor) y compararlos y contrastarlos con el número promedio de visitas que las moscas realizaron a las flores no pulverizadas/control. ¿Se puede sacar alguna conclusión con respecto a la atracción de las moscas hacia las flores rociadas?

Para el segundo tipo de flor utilizado, promediar el número de visitas que las moscas realizaron a las flores rociadas en el transcurso de los cinco ensayos y compararlas y contrastarlas con el número promedio de visitas que las moscas realizaron a las flores no pulverizadas/control. ¿Se puede sacar alguna conclusión con respecto a la atracción de las moscas hacia las flores rociadas?

Compara y contrasta el número promedio de visitas que hacen las moscas a los dos tipos de flores. ¿Se puede sacar alguna conclusión sobre si la apariencia de la flor tuvo algún impacto en la atracción de las moscas? ¿El olor anuló alguna diferencia de apariencia, o las moscas fueron atraídas por un tipo de flor más que por otra?

Formar una conclusión: ¿Los resultados apoyan la hipótesis? Si no, ¿cómo se puede explicar esto?

La importancia de las plantas de semillas en la vida humana

Las plantas semilleras son la base de las dietas humanas en todo el mundo (Figura\(\PageIndex{3}\)). Muchas sociedades comen comida casi exclusivamente vegetariana y dependen únicamente de las plantas semilleras para sus necesidades nutricionales. Algunos cultivos (arroz, trigo y papa) dominan el paisaje agrícola. Muchos cultivos se desarrollaron durante la revolución agrícola, cuando las sociedades humanas hicieron la transición de cazadores-recolectores nómadas a horticultura y agricultura. Los cereales, ricos en carbohidratos, proporcionan el elemento básico de muchas dietas humanas. Frijoles y nueces proveen proteínas. Las grasas se derivan de semillas trituradas, como es el caso de los aceites de maní y colza (canola), o frutas como las aceitunas. La cría de animales también consume grandes cantidades de cultivos.

Los cultivos básicos no son el único alimento derivado de las plantas semilleras. Las frutas y verduras aportan nutrientes, vitaminas y fibra. El azúcar, para endulzar platos, se produce a partir de la caña de azúcar monocotiledónea y la remolacha azucarera eudicot. Las bebidas están hechas de infusiones de hojas de té, flores de manzanilla, granos de café triturados o granos de cacao en polvo. Las especias provienen de muchas partes de plantas diferentes: el azafrán y el clavo son estambres y cogollos, la pimienta negra y la vainilla son semillas, la corteza de un arbusto de la familia Laurales suministra canela, y las hierbas que dan sabor a muchos platos provienen de hojas y frutos secos, como el picante chile rojo. Los aceites volátiles de las flores y la corteza proporcionan el aroma de los perfumes. Adicionalmente, ninguna discusión sobre la contribución de la planta semillera a la dieta humana estaría completa sin la mención del alcohol. La fermentación de azúcares y almidones de origen vegetal se utiliza para producir bebidas alcohólicas en todas las sociedades. En algunos casos, las bebidas se derivan de la fermentación de azúcares de fruta, como ocurre con los vinos y, en otros casos, de la fermentación de carbohidratos derivados de semillas, como ocurre con las cervezas.

Las plantas de semillas tienen muchos otros usos, incluyendo proporcionar madera como fuente de madera para la construcción, combustible y material para construir muebles. La mayor parte del papel se deriva de la pulpa de árboles coníferos. Las fibras de las plantas semilleras como el algodón, el lino y el cáñamo se tejen en tela. Los tintes textiles, como el índigo, fueron en su mayoría de origen vegetal hasta el advenimiento de los tintes químicos sintéticos.

Por último, es más difícil cuantificar los beneficios de las plantas de semillas ornamentales. Estos adornan espacios privados y públicos, agregando belleza y serenidad a la vida humana e inspirando tanto a pintores como a poetas.

Figura\(\PageIndex{3}\): Los humanos dependen de las plantas por diversas razones. a) Los granos de cacao se introdujeron en Europa desde el Nuevo Mundo, donde fueron utilizados por las civilizaciones mesoamericanas. Combinado con el azúcar, otro producto vegetal, el chocolate es un alimento popular. (b) Flores como el tulipán se cultivan por su belleza. c) La quinina, extraída de árboles de cinchona, se utiliza para tratar la malaria, reducir la fiebre y aliviar el dolor. d) Este violín es de madera. (crédito a: modificación de obra por “Everjean” /Flickr; crédito b: modificación de obra por Rosendahl; crédito c: modificación de obra de Franz Eugen Köhler)

Las propiedades medicinales de las plantas han sido conocidas por las sociedades humanas desde la antigüedad. Hay referencias al uso de las propiedades curativas de las plantas en escritos egipcios, babilónicos y chinos de hace 5.000 años. Muchos fármacos terapéuticos sintéticos modernos se derivan o sintetizan de novo a partir de metabolitos secundarios de plantas. Es importante señalar que el mismo extracto vegetal puede ser un remedio terapéutico a bajas concentraciones, convertirse en una droga adictiva a dosis más altas, y potencialmente puede matar a altas concentraciones. En la siguiente tabla se presentan algunos medicamentos, sus plantas de origen y sus aplicaciones medicinales.

Tabla\(\PageIndex{2}\): Origen vegetal de los compuestos medicinales y aplicaciones

Planta	Compuesto	Aplicación
Solanáceas mortal (Atropa belladonna)	Atropina	Dilar las pupilas oculares para exámenes de la vista
Dedalera (Digitalis purpurea)	Digitalis	Enfermedad cardíaca, estimula los latidos cardíacos
Ñame (Dioscorea spp.)	Esteroides	Hormonas esteroides: píldora anticonceptiva y cortisona
Efedra (Ephedra spp.)	efedrina	Dilatador descongestionante y bronquiolo
Tejo del Pacífico (Taxus brevifolia)	Taxol	Quimioterapia del cáncer; inhibe la mitosis
Amapola del opio (Papaver somniferum)	Opioides	Analgésico (reduce el dolor sin pérdida del conocimiento) y narcótico (reduce el dolor con somnolencia y pérdida del conocimiento) en dosis más altas
Árbol de quinina (Cinchona spp.)	Quinina	Antipirético (baja la temperatura corporal) y antipalúdico
Sauce (Salix spp.)	Ácido salicílico (aspirina)	Analgésico y antipirético

Conexión de carrera: Etnobotánico

El campo relativamente nuevo de la etnobotánica estudia la interacción entre un cultivo particular y las plantas nativas de la región. Las plantas semilleras tienen una gran influencia en la vida humana cotidiana. Las plantas no sólo son la principal fuente de alimentos y medicinas, sino que también influyen en muchos otros aspectos de la sociedad, desde la confección hasta la industria. Las propiedades medicinales de las plantas fueron reconocidas tempranamente en cultivos humanos. A partir de mediados del siglo XX, los químicos sintéticos comenzaron a suplantar los remedios a base de plantas.

La farmacognosia es la rama de la farmacología que se centra en los medicamentos derivados de fuentes naturales. Con la globalización masiva y la industrialización, existe la preocupación de que gran parte del conocimiento humano de las plantas y sus fines medicinales desaparezca con las culturas que las fomentaron. Aquí es donde entran los etnobotánicos. Para conocer y comprender el uso de las plantas en una cultura particular, un etnobotánico debe aportar conocimiento de la vida vegetal y una comprensión y apreciación de diversas culturas y tradiciones. La selva amazónica alberga una increíble diversidad de vegetación y se considera un recurso sin explotar de plantas medicinales; sin embargo, tanto el ecosistema como sus culturas indígenas están amenazadas de extinción.

Para convertirse en etnobotánico, una persona debe adquirir un amplio conocimiento de biología vegetal, ecología y sociología. No sólo se estudian y recolectan los especímenes de plantas, sino también las historias, recetas y tradiciones que están vinculadas a ellos. Para los etnobotánicos, las plantas no son vistas únicamente como organismos biológicos para ser estudiados en un laboratorio, sino como una parte integral de la cultura humana. La convergencia de la biología molecular, la antropología y la ecología hacen del campo de la etnobotánica una ciencia verdaderamente multidisciplinaria.

Biodiversidad de Plantas

La biodiversidad asegura un recurso para nuevos cultivos alimentarios y medicamentos. La vida vegetal equilibra los ecosistemas, protege las cuencas hidrográficas, mitiga la erosión, modera el clima y brinda refugio a muchas especies animales. Las amenazas a la diversidad vegetal, sin embargo, provienen de muchos ángulos. La explosión de la población humana, especialmente en los países tropicales donde las tasas de natalidad son más altas y el desarrollo económico está en pleno apogeo, está llevando a la invasión humana en áreas boscosas. Para alimentar a la población más grande, los humanos necesitan obtener tierras cultivables, por lo que hay tala masiva de árboles. La necesidad de más energía para alimentar las ciudades más grandes y el crecimiento económico en ellas conduce a la construcción de presas, la consiguiente inundación de ecosistemas y el aumento de las emisiones de contaminantes. Otras amenazas a los bosques tropicales provienen de los cazadores furtivos, que registran árboles por su preciosa madera. Ébano y palisandro brasileño, ambos en la lista en peligro de extinción, son ejemplos de especies arbóreas impulsadas casi a la extinción por la tala indiscriminada.

El número de especies vegetales que se extinguen está aumentando a un ritmo alarmante. Debido a que los ecosistemas están en un delicado equilibrio y las plantas semilleras mantienen estrechas relaciones simbióticas con los animales, ya sean depredadores o polinizadores, la desaparición de una sola planta puede llevar a la extinción de especies animales conectadas. Un tema real y apremiante es que muchas especies de plantas aún no han sido catalogadas, por lo que se desconoce su lugar en el ecosistema. Estas especies desconocidas están amenazadas por la tala, la destrucción del hábitat y la pérdida de polinizadores. Pueden extinguirse antes de que tengamos la oportunidad de comenzar a comprender los posibles impactos de su desaparición. Los esfuerzos para preservar la biodiversidad toman varias líneas de acción, desde la preservación de semillas de reliquia hasta las especies de código de barras. Las semillas de reliquia provienen de plantas que tradicionalmente se cultivaban en poblaciones humanas, a diferencia de las semillas utilizadas para la producción agrícola a gran escala. El código de barras es una técnica en la que se utilizan una o más secuencias genéticas cortas, tomadas de una porción bien caracterizada del genoma, para identificar una especie a través del análisis de ADN.

Resumen

La diversidad de angiospermas se debe en parte a múltiples interacciones con animales. La herbivoría ha favorecido el desarrollo de mecanismos de defensa en las plantas y la evitación de esos mecanismos de defensa en animales. La polinización (la transferencia de polen a un carpiano) se lleva a cabo principalmente por el viento y los animales, y las angiospermas han evolucionado numerosas adaptaciones para capturar el viento o atraer clases específicas de animales.

Las plantas juegan un papel clave en los ecosistemas. Son una fuente de alimentos y compuestos medicinales, y proporcionan materias primas para muchas industrias. La rápida deforestación e industrialización, sin embargo, amenazan la biodiversidad vegetal. A su vez, esto amenaza al ecosistema.

Glosario

código de barras

técnica de biología molecular en la que se utiliza una o más secuencias génicas cortas tomadas de una porción bien caracterizada del genoma para identificar una especie

cultivo

planta cultivada

semilla de herencia

semilla de una planta que se cultivó históricamente, pero que no se ha utilizado en la agricultura moderna a gran escala

herbivoría

consumo de plantas por insectos y otros animales

néctar

líquido rico en azúcares producidos por las flores para atraer polinizadores animales

polinización

transferencia de polen de la antera al estigma