Las plantas eligieron otra forma de vida La comparación genética de la vida animal y la vegetal intenta esclarecer la lógica de la evolución
Los extraterrestres son una de las eternas obsesiones de la ciencia ficción. El deseo de saber cómo será la vida en otro planeta, cómo habría evolucionado bajo un conjunto diferente de restricciones ambientales, es también un acicate para las misiones reales a Marte, no sólo para sus compañeras cinematográficas. Y, sin embargo, hay alienígenas por todas partes, criaturas complejas cuya química básica es suficientemente similar a la nuestra como para que las reconozcamos como seres vivientes.Utilizan el ácido desoxirribonucleico (ADN) como depósito de su información genética, utilizan esta información para producir proteínas a partir de los mismos aminoácidos que nosotros, incluso construyen su cuerpo a partir de millones de discretas células. Pero la evolución ha dispuesto diferentes soluciones para montar e integrar dichas células y soportar los rigores del medio ambiente.
Estas criaturas son las plantas.
La similitud entre la forma de crecimiento y desarrollo de plantas y animales no refleja cómo se forman los organismos particulares aquí en la Tierra, sino cuáles son las reglas de diseño a las que debe adscribirse cualquier forma de vida.
Diferencia llamativa
A primera vista, la más llamativa diferencia de desarrollo entre plantas y animales es que mientras que en los animales es un proceso finito, en las plantas es esencialmente continuo y sin un final previsto. Un animal avanza inexorablemente desde la concepción a través del desarrollo en el que se forman los órganos. Desde este momento pueden madurar a través de una fase infantil para llegar a la fase adulta, pero no se producen grandes cambios; son un producto acabado cuyas únicas perspectivas son el daño, la desintegración y la muerte.
Una planta, por el contrario, es casi infinitamente maleable, constantemente le crecen nuevas extremidades y órganos, muchos de los cuales son intencionalmente desechables. Un roble echa miles de hojas cada primavera, sólo para deshacerse de ellas en el otoño.
Las plantas consiguen esto gracias a una estructura llamada meristemo. En el centro de todos los brotes y raíces se encuentra este grupo de células con capacidad para convertirse en cualquier tipo de célula que la planta precise. El corazón del meristemo, conocido como centro quiescente, puede estar constituido por tan sólo cuatro células en constante división. Cada división produce dos células. Una sale del meristemo para convertirse en un tipo de célula específico; la otra permanece en el centro quiescente. Así, este centro se mantiene igual y sigue siendo una constante fuente de nuevas células.
El meristemo da a las plantas una capacidad tal de regeneración, que pueden realmente alcanzar la inmortalidad: hay árboles en el Amazonas de los que se sabe que tienen 1.000 años, y parece haber pocas razones para pensar, excepto en caso de accidente, que no puedan vivir otros 1.000.
Y, sin embargo, las similitudes entre plantas y animales son múltiples. Una de las más fundamentales parece ser el uso de familias de genes similares para proporcionar un programa para el desarrollo del organismo. Los llamados genes homeóticos dicen a las células en qué tienen que convertirse, y su trastorno o mutación tiene efectos muy característicos: estructuras normales, como extremidades, órganos o incluso cabezas, aparecen en el lugar equivocado.
Secuencias genéticas
Los genes homeóticos de los animales (genes Hox) tienen una secuencia similar en todo el grupo: la denominada homeobox. En las plantas, un grupo de genes análogos, mejor estudiado en el desarrollo de las flores, tienen también una secuencia común, en este caso conocida como madsbox. Aunque completamente diferentes, se cree que ambas familias, homeobox y madsbox, influyen en otros genes.
El origen de las secuencias que han conducido a las dos familias está en el antepasado común de animales y plantas, hace 1.600 millones de años: hay algunos genes de plantas que contienen homeobox e incluso menos genes de animales que contienen madsbox. La cooptación de estos genes ancestrales a partir de la función que originalmente tuviesen llegó mucho más tarde y de manera independiente en ambos grupos. Esto indica que cualquier otra forma de vida que pudiésemos encontrar necesitará tener un sistema similar que controle su desarrollo.
Gregor Mendel proporcionó la base de la ciencia de la genética sin observar más que los guisantes de huerto de su monasterio. La floreciente ciencia de la biología del desarrollo evolutivo intenta igualmente descubrir la lógica que hay tras la composición de la vida a partir de los organismos familiares que nos rodean. No es necesaria una misión a Marte para encontrar criaturas extrañas: sólo hay que salir y oler las rosas.
Un mecanismo genético elegante, pero no tan sencillo
El mecanismo que define qué órgano produce cada verticilo es sencillo y elegante. Requiere la interacción de un grupo de genes homeóticos de la familia madsbox (véase el artículo largo). En el proceso están involucrados diversos genes, los cuales se encuentran claramente en tres grupos: A, B y C.Los genes A se expresan en los dos verticilos externos y son mutuamente antagónicos con los genes C, que de esa forma sólo se pueden expresar en los dos verticilos internos. Los genes B, por su parte, se superponen en los verticilos en los que se producen A y C, pero no están presentes ni en el verticilo exterior ni en el interno. Los genes A o los genes C aislados producen sépalos y pistilos respectivamente; cuando se expresan con genes B, los A y los C producen pétalos y estambres. O eso creían los investigadores.
Función combinada
Ahora parece que la abrumadora sencillez de este modelo ABC era principalmente producto de la serendipia experimental. Martin Yanofsky, de la Universidad de California (San Diego, Estados Unidos), ha detectado tres genes madsbox con efectos muy similares a los de los genes ABC, pero que no encajan fácilmente en el modelo, según se informa en Nature (10 de mayo) . En todo caso, tienen una función B/C combinada. Los trastornos de estos genes producen plantas con flores compuestas enteramente por sépalos (parecen alcachofas en miniatura), por lo que Yanofsky los ha llamado sepallata.
Ha hecho falta tanto tiempo para descubrir estos genes porque hasta hace poco la genética de las plantas se basaba en la producción aleatoria de mutaciones, ya fuese natural o artificialmente, que producían defectos interesantes. Yanofsky y sus colegas, por el contrario, utilizaron una técnica nueva y poderosa denominada genética inversa.
Primero se identificaron los genes sepallata durante la secuenciación del genoma completo de la Arabidopsis. A partir de ahí, los investigadores produjeron las plantas con mutaciones triples, con los tres genes sepallata modificados, para detectar su papel crucial en la función de los genes B y C. En todas las plantas con flores se encuentran genes del tipo ABC, incluidos los pinos y los helechos.
Una variación del mismo tema
Se podría decir que uno de los mayores logros de la evolución es la invención por parte de las plantas superiores de la flor. La diversidad de las flores casi echa por tierra la sugerencia de que pueden estar construidas de la misma forma. Ahora el reflector de la moderna biología molecular está comenzando a revelar lo que los historiadores naturales han sospechado durante siglos: que las diferentes arquitecturas de las flores son una variación del mismo tema básico.A menudo sucede que nuestro conocimiento procede de muy pocas especies que se han investigado intensivamente. Con mucho, la planta más estudiada es la diminuta Arabidopsis thaliana. Esta pariente de la col produce florecitas blancas y es una mala hierba común en las cosechas del hemisferio Norte.
Pero la característica más sobresaliente de la Arabidopsis es su diminuto genoma que hace la detección y estudio de sus genes considerablemente más fácil que en cualquier otra planta. La aguja está escondida en una bala de una sola paja, en lugar de un granero completo.
Y bien, ¿qué es lo que hace que una planta florezca? Una vez establecido el mecanismo adecuado, el brote que está creciendo se organiza rápidamente para producir uno o varios capullos. Éstos están dispuestos como una cebolla, con capas concéntricas de células, conocidas como verticilos. Los lirios tienen tres verticilos y las rosas cinco, pero muchas plantas, incluidas la boca de dragón o Antirrhinum y la Arabidopsis, tienen cuatro. Cada uno de estos verticilos produce uno de los cuatro componentes de la mayoría de las flores. Los más externos son los sépalos, que rodean a los pétalos, que envuelven a los estambres masculinos productores del polen. En el centro se encuentra el pistilo femenino, en la base del cual se encuentran los ovarios destinados a formar semillas y una vaina.
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