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11 de Enero de 2021
BIOLOGÍA VEGETAL

Las plantas modifican el desarrollo de las raíces según la proximidad de otras plantas

Cuando detectan la presencia de una competidora, concentran más raíces cerca de su propio tallo, una estrategia menos costosa en términos de energía.

[iStock-ThomasVogel]

Aunque estén escondidas, las raíces son de suma importancia para las plantas y los ecosistemas. Como órgano de absorción del agua y los nutrientes del suelo, su desarrollo condiciona el crecimiento de las plantas y también determina las cosechas agrícolas. A escala mundial, se estima que las raíces representan una tercera parte de la biomasa vegetal viva y constituyen una reserva de carbono muy relevante. Por consiguiente, el conocimiento del desarrollo de las raíces representa un objetivo de gran interés en la producción de alimentos y la lucha contra el cambio climático. Sin embargo, hasta ahora el crecimiento de la red de raíces de una planta no se entendía del todo bien, sobre todo cuando varias redes de raíces competían entre sí. Mediante la teoría de juegos, Ciro Cabal, de la Universidad de Princeton, y sus colaboradores, entre ellos científicos del Museo Nacional de Ciencias Naturales y de la Universidad Rey Juan Carlos, en Madrid, han desarrollado un nuevo modelo para explicar la distribución de las raíces en el suelo.

Una planta es capaz de percibir los recursos del suelo circundante, pero también la presencia de raíces ajenas.  Y en respuesta a estos estímulos, puede adaptar el desarrollo de sus propias raíces. Sin embargo, los experimentos realizados hasta ahora no habían distinguido si las plantas adoptaban una estrategia «agresiva» destinada a acaparar la mayor cantidad posible de recursos, o si optaban por un enfoque «cooperador» y una distribución equitativa de estos. Tampoco estaba claro si para ello era necesaria la comunicación entre las plantas. Con el fin de aclararlo, los científicos del reciente estudio crearon un modelo teórico que tenía en cuenta el coste para la planta de desarrollar una raíz según su distancia al tallo. Cuanto más lejos crece una raíz, más materia y energía debe invertir la planta, porque necesita transportar moléculas orgánicas y construir un conjunto de vasos para llevar agua y nutrientes al tallo.

¿Qué sucede cuando una planta se halla cerca de otra? La concentración de recursos accesibles es mayor cerca del tallo y disminuye a medida que las raíces se acercan a la planta competidora, ya que esta última también se lleva una parte de los recursos presentes en el suelo. A partir de cierta distancia, el consumo de energía para hacer crecer la raíz ya no compensa la ganancia en recursos. Este modelo predice entonces la aparición de una «segregación oportunista», en la que cada planta disminuye la extensión de sus raíces pero desarrolla una red radicular más densa cerca de su tallo.

Las raíces de las diferentes plantas fueron teñidas para poder distinguirlas entre sí. [Ciro Cabal/Universidad de Princeton]

Para demostrar su modelo, los investigadores cultivaron plantas de pimiento (Capsicum annuum) en un invernadero, aisladas o en grupos de dos, y luego evaluaron la densidad de sus raíces en función de la distancia de estas al tallo. Observaron que en las plantas cultivadas en parejas se producía una segregación de las raíces. Mientras que en una planta sola la extensión horizontal media de las raíces es de 40 centímetros en todas las direcciones, cuando se coloca una planta competidora a 10 centímetros de distancia, dicha extensión se reduce a 20 centímetros en esa dirección. Del mismo modo, la densidad radicular es mayor cerca del tallo en los pares de plantas que en las plantas aisladas, y es menor al alejarse del tallo. Esta segregación, que sugiere un comportamiento de cooperación en el reparto de los recursos (como se ha observado en estudios anteriores), es de hecho de naturaleza oportunista. Se basa principalmente en optimizar el coste energético que supone desplegar la red de raíces sin que las plantas necesiten comunicarse entre sí.

Este descubrimiento podría ayudar a ajustar las prácticas agrícolas con el fin de mejorar las cosechas; por ejemplo, se podría adaptar la distancia entre las plantas y las estrategias de abono del suelo.

Nicolas Butor

Referencia: «The exploitative segregation of plant roots». Ciro Cabal et al. en Science, vol. 370, págs. 1197-1199, diciembre de 2020.

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