Fascinació per les plantes

Les plantes són organismes capaços de capturar l’energia lluminosa i convertir-la en energia química, continguda en els sucres que s’incorporen a la seua biomassa. Són una anella fonamental de la cadena tròfica que permet sustentar els animals i, per tant, l’home. En realitzar la fotosíntesi, aquestes incorporen diòxid de carboni atmosfèric i alliberen l’oxigen que respirem. S’estima que les plantes, junt amb les algues i cianobacteris, incorporen anualment uns 100.000 milions de tones de carboni, per la qual cosa representen un paper fonamental en la regulació dels nivells de gasos amb efecte d’hivernacle. Podem dir que, tant a escala individual com de planeta Terra, la vida no seria possible sense les plantes.

Per això, des de l’EPSO (European Plant Science Organization) us convidem a celebrar el 18 de maig de 2012 com el Dia Internacional de la Fascinació per les Plantes. Amb motiu d’aquesta celebració, hem preparat el joc Les plantes en la nostra vida, que distribuïm en format pòster amb aquest número de Mètode i que té com a protagonistes les plantes i els descobriments realitzats per diferents científics.

No és estrany, doncs, que les plantes hagen exercit una atracció irresistible per a la investigació cien­tífica. Goethe, el 1790, va publicar La metamorfosi de les plantes, on donava compte de les observacions naturalistes que li van conduir a plantejar la hipòtesi que les fulles i els òrgans florals no eren sinó manifestacions d’un disseny comú. Dos-cents anys després, les tècniques de la genètica reversa han permès comprovar que, quan es reprimeixen en les flors les activitats de tres classes de gens, tots els òrgans florals (sèpals, pètals, estams i carpels) es transformen en fulles. Goethe tenia raó. 

De la genètica a la virologia 

En el segle xix dos gegants del pensament científic van sentir la mateixa fascinació per les plantes. Gregor Mendel va descobrir les lleis bàsiques de l’herència biològica i el concepte de les unitats informatives que es transmeten de pares a fills: els gens. Havia nascut la genètica. Al mateix temps, Darwin, ignorant dels descobriments de Mendel, va proposar la teoria de l’evolució de les espècies per selecció natural, tot i que desconeixia el mecanisme mitjançant el qual s’heretaven les variacions a l’atzar. No obstant això, Darwin va estudiar acuradament la capacitat de les plantes per a realitzar els moviments que els permeten utilitzar tiges, branques, peduncles de flors, pecíols, circells o arrels adventícies per enfilar-se i millorar l’exposició a la llum. També va observar els moviments de les plantes carnívores que els permeten capturar insectes i va plantejar hipòtesis sobre la capacitat que tenen les plantes per a realitzar moviments oscil·latoris o per a corbar-se depenent de factors ambientals com la llum. 

Matthias Schleiden va proposar la teoria cel·lular segons la qual la cèl·lula és la unitat estructural comuna a totes les plantes i va observar que el seu creixement es produeix per generació de cèl·lules noves. Roger Gautheret i Philip White van descobrir, a mitjan segle xx, la manera de cultivar les plantes in vitro afegint àcid indolacètic, l’auxina descoberta per Frits Wentel als medis de cultiu, i aprofitant-se de la sorprenent capacitat (totipotència) que tenen les cèl·lules vegetals per a diferenciar-se en qualsevol classe de cèl·lula i donar lloc a una planta completa. Després vindria el descobriment per Eiichi Kurosawa de les gibberel·lines que controlen l’allargament de les tiges i de tants altres reguladors del creixement vegetal. 

Les tècniques de cultiu in vitro i de producció clonal de plantes van propiciar el descobriment per Jeff Schell i Marc van Montagu del mecanisme de transferència genètica entre Agrobacterium i plantes, que avui s’utilitza com a instrument de les tècniques de genètica reversa, des del gen aïllat en el laboratori fins a la funció observada en introduir-lo en una planta. Aquestes tècniques propor­cionen una potència formidable al repte de comprendre la funció dels gens i alhora han servit per a generar collites transgèniques: més de 148 milions d’hectàrees d’aquests conreus es van plantar l’any 2010. Per a ser eficaces, aquestes tècniques necessitaven d’un sistema experimental adequat basat en una planta model. La comunitat investigadora va trobar apropiada una planta herbàcia de la família de les brasicàcees, Arabidopsis thaliana, amb un genoma relativament petit la seqüència completa del qual es coneix des de l’any 2000. És una espècie diploide amb una gran variabilitat natural; té un temps de generació curt, produeix un alt nombre de llavors per plantai es transforma genèticament amb facilitat in planta. Aquest sistema experimental ens ha permès revelar les bases genètiques i moleculars que subjauen a les propietats de les plantes, com, per exemple, la capacitat de corbar-se cap a la llum observada per Darwin. D’acord amb la FAO (Organització de les nacions Unides per a l’Alimentació i l’Agricultura), la seguretat alimentària s’aconseguirà quan tota la gent tinga accés, en qualsevol moment, tant físic com econòmic, a aliments suficients, segurs i que complesquen amb les seues necessitats nutricionals per a poder gaudir d’una vida activa saludable. Aquest objectiu és lluny de complir-se a pesar de la Revolució Verda que va suposar el desenvolupament per Norman Borlaug de varietats de blat i arròs molt productives gràcies a la brevetat del seu cicle de creixement i al port reduït, la qual cosa disminueix les pèrdues per bolcament de les espigues d’aquestes gramínies. 

Avui, encara, al voltant de 1.000 milions de persones dels 7.000 que poblen el planeta passen fam o estan mal nodrits. D’altra banda, les pràctiques agronòmiques modernes utilitzen gran nombre de recursos naturals, com ara sòl i aigua, i energètics per a llaurar i produir els fertilitzants que es necessiten. El repte del futur és produir més (s’estima que la població continuarà creixent durant el segle xxi fins a assolir els 10.000 milions) i utilitzar menys recursos contaminant menys. Gràcies a l’enginyeria genètica basada en la genètica reversa hem pogut descobrir, per exemple, que els gens responsables que fan que les espigues de Borlaug foren semienanes són els que tenen a veure amb la resposta de les tiges a les gibberel·lines, per la qual cosa immediatament podem desenvolupar noves varietats en altres plantes amb aquesta característica d’interès agronòmic. Arribarem a temps en el progrés del coneixement de les plantes per contribuir a aconseguir la seguretat alimentària que propugna la FAO?

Igual com en el cas de la genètica, hi ha una altra disciplina científica que naix a partir dels estudis realitzats en les plantes. Es tracta de la virologia. Martinus Beijerinck va demostrar per primera vegada que l’agent causant de la malaltia del mosaic del tabac (TMV) era d’una classe nova que va denominar virus. Beijerinck també va descobrir, treballant amb plantes de Vicia faba, el principi de la fixació simbiòtica del nitrogen per les lleguminoses; procés fonamental per a mantenir la fertilitat dels sòls. La comprensió de les bases moleculars de la fixació de nitrogen atmosfèric és objecte prioritari de la investigació dels nostres dies, ja que podrien dissenyar-se estratègies basades en l’enginyeria genètica per transferir aquesta capacitat a espècies fonamentals per a l’alimentació, com ara les gramínies.

Què ens queda per descobrir en les plantes?

Hem vist que les plantes són organismes fascinants. Ho són per se, per com són i pel que són capaces de fer; i ho són per a l’home perquè sense elles no existiríem. Doncs bé, entrat el segle xxi desconeixem una gran part del món de les plantes. Per començar, coneixem només una part de les 250.000 espècies de plantes que s’estima que existeixen al planeta Terra. De fet, amb prou feines utilitzem un grapat d’espècies per a alimentar-nos i, d’entre aquestes, reduïm de manera contínua la diversitat de les cultivars desenvolupades al llarg de moltes generacions. Pel que fa a les plantes silvestres, també falta molt per conèixer. 

Advertim que s’està produint una pèrdua accelerada de la biodiversitat potenciada per activitats antròpiques. Perdem així milers de nous metabòlits sintetitzats per les plantes amb activitats que ens poden ser útils per a combatre malalties o per a comprendre com es relacionen les plantes les unes amb les altres o amb els animals. Hem de passar d’estudiar les plantes una a una a comprendre el seu paper en les xarxes ecològiques. Tot just hem començat a descobrir l’arquitectura de la biodiversitat! Darwin va descriure relacions mutualistes, espècie a espècie, en estudiar la fecundació de les orquídies; no obstant això, avui comencem a saber que les xarxes mutualistes impliquen desenes o centenars d’espècies. Per això estem desenvolupant noves disciplines com la biologia de sistemes. 

Des d’un punt de vista reduccionista, la nostra impressionant capacitat tècnica per a seqüenciar genomes, aïllar gens i descobrir les seues funcions a penes ha permès aguaitar l’abast de la nutrigenòmica (estudi de la manera com els aliments que ingerim modifiquen l’expressió dels nostres gens) o de la nutrigenètica (estudi de les variacions genètiques entre individus en la interacció entre dieta i malaltia) que permetrà en el futur dissenyar dietes personalitzades d’acord amb la genètica de l’individu concret.

Stephen Hawking ha dit recentment que no creu que l’espècie humana sobrevisca uns altres mil anys sense deixar el planeta Terra i aconsella mirar cap als estels i no cap als nostres peus. Jo, humilment, pense que val la pena donar a la nostra vida en la Terra una oportunitat més. Per això, és necessari intensificar el nostre coneixement de les plantes, des del seu paper en els ecosistemes fins a les seues meravelloses capacitats atresorades al llarg de l’evolució biològica. 

José Pío Beltrán. Coordinador a Espanya del Dia Internacional de la Fascinació per les Plantes. Coordinador institucional de la delegació del CSIC a la Comunitat Valenciana.
© Mètode 73, Primavera 2012.

«Les plantes són una anella fonamental de la cadena tròfica que permet sustentar els animals i, per tant, l’home»

© MÈTODE
José Pío Beltrán.

«És necessari intensificar el nostre coneixement de les plantes, des del seu paper en els ecosistemes fins a les seues meravelloses capacitats atresorades al llarg de l’evolució biològica»

© CSIC

«Amb motiu Del Dia internacional de la Fascinació per les Plantes, hem preparat un joc que distribuïm en format pòster amb aquest número de Mètode»