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20 de Diciembre de 2019
EVOLUCIÓN

La conquista de la tierra firme por las plantas

Según una nueva hipótesis, ciertos genes de origen bacteriano habrían permitido al ancestro de las plantas terrestres adquirir las adaptaciones necesarias para colonizar los continentes.

Estas algas verdes del género Spirogyra pertenecen al grupo de las Zygnematophyceae. Habitan en el agua dulce, aunque parece que sus antepasados vivieron en tierra firme. [iStock-buccaneership]

Hace entre 480 y 450 millones de años, las primeras plantas iniciaron la conquista de un nuevo territorio particularmente hostil: la tierra firme. Para sobrevivir en este entorno, los organismos necesitan numerosas adaptaciones, como la resistencia a la desecación, a los rayos ultravioleta o a la gravedad, unos rasgos que resultan inútiles en los océanos. La aparición de las primeras plantas en el medio terrestre fue un episodio crucial en la historia de la Tierra y cambió profundamente la faz de nuestro planeta. Hoy en día, los continentes son el territorio privilegiado de las plantas terrestres o embriofitas (musgos, helechos, coníferas y plantas con flores). Sin embargo, varias observaciones recientes han puesto en entredicho la idea tradicional de que el ancestro común de las embriofitas emprendió la conquista de los continentes. Shifeng Cheng, de la Academia de Ciencias Agrícolas de Shenzhen, Jean Keller, de la Universidad de Toulouse, Pierre-Marc Delaux, del Laboratorio de Investigación de Ciencias Vegetales de Toulouse, y sus colaboradores han vuelto a examinar la hipótesis de la conquista de los continentes por las plantas.

Hace unos veinte años, se pensaba que las embriofitas eran parientes cercanas del grupo de las Coechaetales, algas que carecen de las adaptaciones necesarias para la vida fuera de los océanos. Como estas adaptaciones eran específicas de las embriofitas, se creía que la colonización del medio terrestre la había logrado solo este grupo. Pero entre 2012 y 2018, gracias a los métodos filogenéticos, se descubrió la gran proximidad que había entre las embriofitas y las Zygnematophyceae, un grupo de algas poco estudiado, lo que hizo que se replanteara la pregunta: ¿la conquista de la tierra firme tuvo lugar antes o después de la divergencia entre las embriofitas y las Zygnematophyceae? 

Regreso al medio acuático

Hoy en día, si bien la mayoría de las Zygnematophyceae viven en ambientes acuáticos, existen algunas excepciones, como Mesotaenium endlicherianum y Spirogloea muscicola. Estas dos especies de algas tienen la particularidad de vivir en el medio terrestre y desarrollarse en zonas húmedas, igual que hacen los musgos (que son embriofitos). Basándose en estas observaciones y en varios resultados recientes, Shifeng Cheng y sus colaboradores formularon la hipótesis de que el antepasado común de las Zygnematophyceae y las embriofitas fue una especie terrestre y que, en el curso de la historia, la mayoría de las Zygnematophyceae habrían regresado al medio acuático.

Para comprobar esta idea, los investigadores secuenciaron los genomas de diferentes especies de embriofitas, Zygnematophyceae y otras plantas. Buscaron los genes compartidos por las embriofitas y las Zygnematophyceae. Entre estos 900 genes, se sabe que algunos intervienen en la adaptación al medio terrestre, como PYL y GRAS, que están involucrados en la resistencia a la desecación. El antepasado común de las embriofitas y las Zygnematophyceae se habría adaptado, por tanto, a una forma de vida terrestre y tal vez habría colonizado este medio hace 580 millones de años.

Aún más sorprendente, al extender su análisis a especies no vegetales, los científicos descubrieron que algunos de los genes que estaban estudiando, entre ellos PYL y GRAS, eran muy comunes en las bacterias del suelo. Por lo tanto, es muy probable que haya habido transferencias de genes de bacterias terrestres al ancestro común de las embriofitas y las Zygnematophyceae. Por lo tanto, las bacterias, que colonizaron el medio terrestre hace 3200 millones de años, habrían desempeñado un papel importante en la posterior llegada de las primeras plantas a ese medio.

Pero en esta historia de colonización vegetal, ¿cómo podemos explicar el éxito de las plantas terrestres y el regreso al medio acuático de la mayoría de las Zygnematophyceae? El estudio genético revela que estas algas, a diferencia de las plantas terrestres, carecen de unos genes que resultan necesarios para el establecimiento de simbiosis (asociaciones) con ciertos hongos del suelo. Estas simbiosis confieren a las plantas la capacidad de capturar agua y nutrientes del suelo, que son menos accesibles que en el medio acuático. Se trata de una hipótesis seductora para explicar la actual ubicuidad de las plantas en el medio terrestre.

Coraline Madec

Referencia: «Genomes of subaerial zygnematophyceae provide insights into land plant evolution». Shifeng Cheng et al. en Cell, vol. 179, n° 5, págs. 1057-1067, noviembre de 2019.

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