Las plantas eligieron otra forma de vida La comparaci¨®n gen¨¦tica de la vida animal y la vegetal intenta esclarecer la l¨®gica de la evoluci¨®n
Los extraterrestres son una de las eternas obsesiones de la ciencia ficci¨®n. El deseo de saber c¨®mo ser¨¢ la vida en otro planeta, c¨®mo habr¨ªa evolucionado bajo un conjunto diferente de restricciones ambientales, es tambi¨¦n un acicate para las misiones reales a Marte, no s¨®lo para sus compa?eras cinematogr¨¢ficas. Y, sin embargo, hay alien¨ªgenas por todas partes, criaturas complejas cuya qu¨ªmica b¨¢sica es suficientemente similar a la nuestra como para que las reconozcamos como seres vivientes.Utilizan el ¨¢cido desoxirribonucleico (ADN) como dep¨®sito de su informaci¨®n gen¨¦tica, utilizan esta informaci¨®n para producir prote¨ªnas a partir de los mismos amino¨¢cidos que nosotros, incluso construyen su cuerpo a partir de millones de discretas c¨¦lulas. Pero la evoluci¨®n ha dispuesto diferentes soluciones para montar e integrar dichas c¨¦lulas 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 c¨®mo se forman los organismos particulares aqu¨ª en la Tierra, sino cu¨¢les son las reglas de dise?o a las que debe adscribirse cualquier forma de vida.
Diferencia llamativa
A primera vista, la m¨¢s 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 concepci¨®n a trav¨¦s del desarrollo en el que se forman los ¨®rganos. Desde este momento pueden madurar a trav¨¦s de una fase infantil para llegar a la fase adulta, pero no se producen grandes cambios; son un producto acabado cuyas ¨²nicas perspectivas son el da?o, la desintegraci¨®n y la muerte.
Una planta, por el contrario, es casi infinitamente maleable, constantemente le crecen nuevas extremidades y ¨®rganos, muchos de los cuales son intencionalmente desechables. Un roble echa miles de hojas cada primavera, s¨®lo para deshacerse de ellas en el oto?o.
Las plantas consiguen esto gracias a una estructura llamada meristemo. En el centro de todos los brotes y ra¨ªces se encuentra este grupo de c¨¦lulas con capacidad para convertirse en cualquier tipo de c¨¦lula que la planta precise. El coraz¨®n del meristemo, conocido como centro quiescente, puede estar constituido por tan s¨®lo cuatro c¨¦lulas en constante divisi¨®n. Cada divisi¨®n produce dos c¨¦lulas. Una sale del meristemo para convertirse en un tipo de c¨¦lula espec¨ªfico; la otra permanece en el centro quiescente. As¨ª, este centro se mantiene igual y sigue siendo una constante fuente de nuevas c¨¦lulas.
El meristemo da a las plantas una capacidad tal de regeneraci¨®n, que pueden realmente alcanzar la inmortalidad: hay ¨¢rboles en el Amazonas de los que se sabe que tienen 1.000 a?os, 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 m¨²ltiples. Una de las m¨¢s fundamentales parece ser el uso de familias de genes similares para proporcionar un programa para el desarrollo del organismo. Los llamados genes home¨®ticos dicen a las c¨¦lulas en qu¨¦ tienen que convertirse, y su trastorno o mutaci¨®n tiene efectos muy caracter¨ªsticos: estructuras normales, como extremidades, ¨®rganos o incluso cabezas, aparecen en el lugar equivocado.
Secuencias gen¨¦ticas
Los genes home¨®ticos de los animales (genes Hox) tienen una secuencia similar en todo el grupo: la denominada homeobox. En las plantas, un grupo de genes an¨¢logos, mejor estudiado en el desarrollo de las flores, tienen tambi¨¦n una secuencia com¨²n, 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 est¨¢ en el antepasado com¨²n de animales y plantas, hace 1.600 millones de a?os: hay algunos genes de plantas que contienen homeobox e incluso menos genes de animales que contienen madsbox. La cooptaci¨®n de estos genes ancestrales a partir de la funci¨®n que originalmente tuviesen lleg¨® mucho m¨¢s tarde y de manera independiente en ambos grupos. Esto indica que cualquier otra forma de vida que pudi¨¦semos encontrar necesitar¨¢ tener un sistema similar que controle su desarrollo.
Gregor Mendel proporcion¨® la base de la ciencia de la gen¨¦tica sin observar m¨¢s que los guisantes de huerto de su monasterio. La floreciente ciencia de la biolog¨ªa del desarrollo evolutivo intenta igualmente descubrir la l¨®gica que hay tras la composici¨®n de la vida a partir de los organismos familiares que nos rodean. No es necesaria una misi¨®n a Marte para encontrar criaturas extra?as: s¨®lo hay que salir y oler las rosas.
Un mecanismo gen¨¦tico elegante, pero no tan sencillo
El mecanismo que define qu¨¦ ¨®rgano produce cada verticilo es sencillo y elegante. Requiere la interacci¨®n de un grupo de genes home¨®ticos de la familia madsbox (v¨¦ase el art¨ªculo largo). En el proceso est¨¢n 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 antag¨®nicos con los genes C, que de esa forma s¨®lo 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 est¨¢n presentes ni en el verticilo exterior ni en el interno. Los genes A o los genes C aislados producen s¨¦palos y pistilos respectivamente; cuando se expresan con genes B, los A y los C producen p¨¦talos y estambres. O eso cre¨ªan los investigadores.
Funci¨®n 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 f¨¢cilmente en el modelo, seg¨²n se informa en Nature (10 de mayo) . En todo caso, tienen una funci¨®n B/C combinada. Los trastornos de estos genes producen plantas con flores compuestas enteramente por s¨¦palos (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 gen¨¦tica de las plantas se basaba en la producci¨®n aleatoria de mutaciones, ya fuese natural o artificialmente, que produc¨ªan defectos interesantes. Yanofsky y sus colegas, por el contrario, utilizaron una t¨¦cnica nueva y poderosa denominada gen¨¦tica inversa.
Primero se identificaron los genes sepallata durante la secuenciaci¨®n del genoma completo de la Arabidopsis. A partir de ah¨ª, los investigadores produjeron las plantas con mutaciones triples, con los tres genes sepallata modificados, para detectar su papel crucial en la funci¨®n 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 variaci¨®n del mismo tema
Se podr¨ªa decir que uno de los mayores logros de la evoluci¨®n es la invenci¨®n 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 biolog¨ªa molecular est¨¢ comenzando a revelar lo que los historiadores naturales han sospechado durante siglos: que las diferentes arquitecturas de las flores son una variaci¨®n del mismo tema b¨¢sico.A menudo sucede que nuestro conocimiento procede de muy pocas especies que se han investigado intensivamente. Con mucho, la planta m¨¢s estudiada es la diminuta Arabidopsis thaliana. Esta pariente de la col produce florecitas blancas y es una mala hierba com¨²n en las cosechas del hemisferio Norte.
Pero la caracter¨ªstica m¨¢s sobresaliente de la Arabidopsis es su diminuto genoma que hace la detecci¨®n y estudio de sus genes considerablemente m¨¢s f¨¢cil que en cualquier otra planta. La aguja est¨¢ escondida en una bala de una sola paja, en lugar de un granero completo.
Y bien, ?qu¨¦ es lo que hace que una planta florezca? Una vez establecido el mecanismo adecuado, el brote que est¨¢ creciendo se organiza r¨¢pidamente para producir uno o varios capullos. ?stos est¨¢n dispuestos como una cebolla, con capas conc¨¦ntricas de c¨¦lulas, conocidas como verticilos. Los lirios tienen tres verticilos y las rosas cinco, pero muchas plantas, incluidas la boca de drag¨®n o Antirrhinum y la Arabidopsis, tienen cuatro. Cada uno de estos verticilos produce uno de los cuatro componentes de la mayor¨ªa de las flores. Los m¨¢s externos son los s¨¦palos, que rodean a los p¨¦talos, 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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