Verde que te quiero verde: las combinaciones que elige la naturaleza

Las plantas, su diversidad, su capacidad de conquistar los paisajes y climas más diversos, fascinan e intrigan desde siempre. Durante siglos la ciencia se ha dedicado a estudiarlas, conservarlas y valorarlas y en pos de seguir avanzando en esta exploración, va el trabajo de la Dra. Sandra Díaz, investigadora superior del CONICET, Directora del Núcleo DiverSus de Investigaciones sobre Diversidad y Sustentabilidad, con sede en el Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal (IMBIV, CONICET-UNC) y profesora titular de la Facultad de Ciencias Exactas, Fïsicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba.
“Las plantas que hoy crecen, sobreviven y se reproducen sobre la Tierra, ¿representan todas las combinaciones teóricamente posibles de estructura y función?”, se preguntó el grupo de científicos de 14 países, liderado por Díaz. Para poder responder a ese interrogante analizaron, entre otros, los datos disponibles en TRY, la base de caracteres de plantas vasculares más grande del mundo, fundada por un grupo de siete científicos de Alemania, Argentina –representada por la misma investigadora-, Francia e Inglaterra. “Es una iniciativa colectiva que consiste en un repositorio comunal del tipo denominado de ‘grandes datos’, sin fines de lucro, destinada a servir a la comunidad científica. Desde TRY se busca valorizar el trabajo empírico primario de medición de caracteres en las plantas vivas, sumamente necesario pero muchas veces poco reconocido”, explica la investigadora.
En la investigación publicada el 23 de diciembre en la prestigiosa revista Nature se analizaron seis características fundamentales en el crecimiento, la supervivencia y la reproducción de todas las plantas vasculares y que además son conocidas para una gran cantidad de especies, distribuidas en todo el mundo. La plantas vasculares, que representan la mayoría de las especies vegetales conocidas, son aquéllas que poseen vasos de conducción especializados para trasladar agua y nutrientes entre sus distintos órganos. “Lo que se busca es analizar todo el cuerpo de la planta, de manera integral y ver qué combinaciones entre todas las teóricamente posibles son las que efectivamente se dan con mayor frecuencia en la naturaleza”, comenta Díaz. “Si bien obviamente no tenemos catalogadas todas las plantas que existen, sí hemos contemplados plantas de todos los climas y continentes, considerando los extremos de especialización: desde las plantas más pequeñas -que miden milímetros- hasta los árboles más grandes -como la sequoia-; desde las que tienen hojas más pequeñas -de aproximadamente un milímetro cuadrado- hasta la planta acuática Victoria amazonica, que tiene la hoja entera más grande que existe - de cerca de tres metros de diámetro-; plantas con tallos muy débiles y árboles con algunas de las maderas más dura del mundo; desde las semillas microscópicas de las orquídeas hasta las enormes semillas de algunas palmeras”, afirma la investigadora.
Pensando en todas las combinaciones posibles de características como estatura de planta, tipo de hojas y de tallo y tamaño de semillas, el equipo encontró que no todas ellas son igualmente probables y frecuentes en la naturaleza. Si uno se imagina la gran variedad de plantas vasculares sobre la Tierra como ocupando un volumen en seis dimensiones (una dimensión por cada carácter considerado), dicho volumen es sorprendentemente pequeño y plano en comparación con el rango de posibilidades que existirían si los caracteres variasen independientemente unos de otros. Tres cuartas partes de la variación de este hiperespacio de caracteres está concentrado en un plano, que los autores denominan el espectro global de forma y función de las plantas. Un eje de variación fundamental en este plano refleja el tamaño de las plantas y de sus órganos, por ejemplo, sólo plantas altas y robustas pueden sostener semillas tan grandes como un coco. Otra dimensión fundamental tiene que ver con la calidad y los costos de construcción de los tejidos fotosintéticos, variando desde hojas frágiles, productivas, “baratas”, hasta hojas más “conservadoras” y robustas, más costosas de construir pero más resistentes a la sequía y a los herbívoros.
La pregunta sería porqué la naturaleza elige ciertas combinaciones de características y deja afuera a tantas otras. Sandra Díaz responde que “hay combinaciones que son inviables, por cuestiones biomecánicas. Por ejemplo, una planta muy frágil y pequeña no podría sostener una semilla de varios kilos. Pero hay combinaciones que serían perfectamente posibles y sin embargo son muy raras en la naturaleza; otras, en cambio, son muy comunes, aparecen repetidamente en muchas especies que no son parientes cercanas”. Aquí se manifestaría la huella de la selección natural, que va actuando como un tamiz, seleccionando las especies más aptas para sobrevivir y perpetuarse, en relación a las condiciones climáticas así como también en lo que refiere a la cooperación y competencia con otros seres. “Las plantas que habitan la superficie terrestre son las ganadoras en este momento particular en el tiempo. Si uno hiciera el mismo ejercicio con las plantas que vivieron en el pasado remoto, el panorama sería muy distinto. Sería fascinante explorar cómo los filtros ecológicos y la evolución podrían seguir modelando la diversidad funcional ante los acelerados cambios en el clima y uso del territorio que están teniendo lugar a escala planetaria” agrega la científica.
Finalmente, la investigadora sostiene que durante todo el siglo XX ha habido un activo interés en identificar patrones de especialización simples y generales subyacentes a la gran diversidad de las plantas, pero la prueba con datos sólo se ha podido materializar ahora, gracias a los esfuerzos colectivos, como TRY. Si bien las ideas, las preguntas y el análisis que han dado lugar a este nuevo espectro global de forma y función de las plantas son mérito de los autores del artículo, el trabajo no hubiera sido posible sin los datos empíricos que son el fruto de la tarea de una gran cantidad de investigadores alrededor del mundo.
Los resultados de esta investigación no sólo constituyen el panorama más completo hasta ahora de la diversidad funcional esencial de plantas vasculares. El espectro global de forma y función de las plantas provee un marco de referencia para distintas investigaciones en biología vegetal, evolución y conservación. Por ejemplo, uno puede usarlo para comparar el “diseño general” morfológico y funcional de casi cualquier planta con el resto del mundo vegetal. Arabidopsis thaliana, una pequeña planta herbácea de crecimiento rápido, la especie más usada en genética y biología molecular, aparece en un extremo del espectro y por lo tanto no es representativa desde el punto de vista del diseño general de la flora del planeta. La araucaria está en el extremo opuesto, mientras que el algarrobo está muy cerca del centro. También se espera que estos resultados faciliten la incorporación de la diversidad vegetal de un modo más realista en los nuevos modelos de vegetación y ecosistemas a gran escala que está desarrollando la comunidad científica para cuantificar los efectos de cambios en el clima y uso de la tierra sobre la ecología del planeta.

Sobre Investigación
Sandra Díaz, investigadora superior del CONICET, Núcleo Diversyus de Investigaciones sobre Diversidad y Sustentabilidad, IMBIV (CONICET-UNC) y FCEFyN, Universidad Nacional de Córdoba.
Jens Kattge,Max Planck Institute for Biogeochemistry & German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) , Alemania.
Johannes H. C. Cornelissen, Vrije Universiteit, Holanda.
Ian J. Wright, Macquarie University, Australia.
Sandra Lavorel, Université Grenoble Alpes, Francia.
Stéphane Dray, Université Lyon, Francia.
Björn Reu, University of Leipzig, Alemania & Universidad Industrial de Santander, Colombia.
Michael Kleyer, University of Oldenburg, Alemania.
Christian Wirth, Max Planck Institute for Biogeochemistry & German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) & University of Leipzig , Alemania.
I. Colin Prentice, Macquarie University, Australia & Imperial College London, Reino Unido.
Eric Garnier, Université de Montpellier, Francia.
Gerhard Bönisch, Max Planck Institute for Biogeochemistry, Alemania.
Mark Westoby, Macquarie University, Australia.
Hendrik Poorter, Plant Sciences, Alemania.
Peter B. Reich, University of Minnesota, Estados Unidos & University of Western Sydney, Australia.
Angela T. Moles, UNSW Australia, Australia.
John Dickie, The Royal Botanic Gardens Kew, Reino Unido.
Andrew N. Gillison, Center for Biodiversity Management, Australia.
Amy E. Zanne, George Washington University & Missouri Botanical Garden, USA.
Jérôme Chave, CNRS & Université Paul Sabatier, Francia.
S. Joseph Wright, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Alemania & Smithsonian Tropical Research Institute, Panama.
Serge N. Sheremet’ev, Komarov Botanical Institute, Rusia.
Hervé Jactel25,26, INRA & 26Université de Bordeaux, Francia.
Christopher Baraloto27,28, Florida International University & INRA, Guayana Francesa.
Bruno Cerabolini, University of Insubria, Italia.
Simon Pierce, University of Milan, Italia.
Bill Shipley, Université de Sherbrooke, Canadá.
Donald Kirkup, The Royal Botanic Gardens Kew, Reino Unido.
Fernando Casanoves, Unidad de Bioestadística, Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza, Costa Rica.
Julia S. Joswig, Max Planck Institute for Biogeochemistry , Alemania.
Angela Günther, Max Planck Institute for Biogeochemistry, Alemania.
Valeria Falczuk, profesional principal del CONICET, Núcleo Diversyus de Investigaciones sobre Diversidad y Sustentabilidad, IMBIV (CONICET-UNC)
Nadja Rüger, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) , Alemania & Smithsonian Tropical Research Institute, Panamá.
Miguel D. Mahecha, Max Planck Institute for Biogeochemistry & German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Alemania.
&
Lucas D. Gorné, becario doctoral del CONICET, Núcleo Diversyus de Investigaciones sobre Diversidad y Sustentabilidad, IMBIV (CONICET-UNC) y FCEFyN, Universidad Nacional de Córdoba.
Las Iniciativa TRY (www.try-db.org) es liderada por un Comité Científico Ejecutivo integrado por Sandra Díaz (Argentina), Jens Kattge, Christian Wirth y Gerhard Boenisch (Alemania), Sandra Lavorel y Paul Leadley (France), y I. Colin Prentice (Inglaterra y Australia) y tiene sede física en el Instituto Max Planck de Biogeoquímica de Jena, Alemania.