Las plantas no se mueven del lugar donde nacieron pero eso no quiere decir que se estén quietas. La fotografía secuencial sorprende a menudo con la visualización de esos movimientos de tallos, hojas, flores y frutos. Con esos movimientos, las plantas despliegan sus hojas y sus flores, buscan una mejor situación, consiguen que su polen o sus semillas se dispersen en el mayor radio posible, atendiendo siempre a la supervivencia del individuo y de la especie.

Con suficiente agua el objetivo prioritario para una planta suele ser recibir la máxima cantidad posible de luz por lo que los árboles, por ejemplo, generan un grueso tronco que les permite elevar un alto número de hojas a una distancia importante del suelo. Pero eso implica años de crecimiento y un alto consumo energético. Las plantas trepadoras tienen otra estrategia. Se apoyan en otras plantas u otras estructuras, que les sirven de soporte y suben en un tiempo récord un peso en ocasiones importante a una altura que sería imposible de alcanzar con sus propios medios.

 

 

El pepino es una cucurbitácea trepadora que se aferra a otras plantas o estructuras de soporte mediante unas estructuras denominadas zarcillos. El mismísimo Charles Darwin estudió los zarcillos  después de que Asa Gray, el principal botánico norteamericano  del siglo XIX le mandara desde Harvard semillas de plantas trepadoras y él decidiera hacer un estudio sobre los movimientos de tallos y zarcillos .

En una primera etapa el zarcillo es como una varilla recta que gira en círculos buscando algo contra lo que chocar. Pensemos que no le interesa anclarse a otro tallo de la misma planta por eso busca un soporte alejado de su punto de nacimiento. Cuando lo encuentra se enrosca a su alrededor formando una hélice. Aquí surge un problema, porque los dos extremos del zarcillo, el que está unido al soporte y el que nace de la planta están fijos, por lo que no puede seguir enrollándose. Y sin embargo, vemos los zarcillos maduros con ese aspecto helicoidal, de muelle.

Para eso tiene un truco: si nos fijamos en un zarcillo veremos –algo que ya vio Darwin- que el zarcillo se enrosca en un sentido y luego lo hace en el contrario; es decir tenemos una hélice a izquierdas o levógira y luego otra a derechas o dextrógira con una zona más o menos recta en el medio denominada perversión. Al contrario que un muelle normal, que está enroscado en un solo sentido, el zarcillo lo está en los dos sentidos opuestos separados por esa corta zona lineal. La espiralización va acortando el zarcillo, con lo que acerca la planta al soporte y al mismo tiempo le da elasticidad. La espiral del zarcillo estabiliza a la planta frente a cambios bruscos (un soplo fuerte de aire, un animal que pasa cerca,…) mientras que le deja oscilar ante situaciones normales como una brisa suave.

En su estructura histológica el zarcillo tiene una capa de células especializadas similares a las fibras g, las células que forman las fibras gelatinosas lignificadas presentes en el leño de reacción. El leño de reacción se forma cuando un árbol tiene estrés mecánico (gravedad, viento, depósitos de nieve, movimientos de tierras…) y necesita más estructuras de soporte. El cambium vascular prolifera más en una parte, generando capas de xilema más gruesas que generan un crecimiento asimétrico más resistente para aguantar esas tensiones.

Las fibras g forman una cinta (no un cilindro) en la cara interna del zarcillo formada solo por dos capas de células de espesor y van transformándose mediante la lignificación de la pared celular, los flujos hídricos y la orientación de las microfibrillas de celulosa. En un zarcillo joven y recto aparecen muy poco diferenciadas y solo inician la lignificación al irse enroscando el zarcillo.

El proceso de enroscamiento del zarcillo va unido a la metamorfosis asimétrica de la banda de fibras g. Puesto que la lignina es hidrofóbica, las células ventrales expulsan más agua, aumentando su contracción. De hecho, la cinta de fibras g se enrosca más cuando pierde agua y vuelve a su forma original cuando se rehidrata. La capa ventral, la más cercana al interior de la hélice se lignifica mucho más, un proceso que está asociado a la estimulación de la superficie del zarcillo al chocar con un soporte. La capa ventral se va acortando longitudinalmente en relación a la capa dorsal, dando a la cinta de fibras su curvatura intrínseca.

Los zarcillos inmaduros no se sobreenroscan, pero los que se van secando sí. De esta manera los zarcillos maduros son cada vez más rígidos y fuertes y pueden soportar el peso de una planta cargada de pepinos.

El grupo de investigación de Sharon Gerbode ha probado modelos “artificiales de zarcillos”, usando cintas de silicona, alambre, etc. Su sorpresa fue que al usar un modelo que asemejaba la estructura de la cinta de fibras g, se producía algo sorprendente y es que al estirar de los dos extremos,  se producían más vueltas en la hélice, se espiralizaba más en vez de menos que es lo que uno esperaría, y que es lo que sucede por ejemplo con el cable del teléfono. Las vueltas añadidas en la hélice del zarcillo se observaban en las dos zonas a ambos lados de la perversión, incrementando el número de giros por encima y por debajo de la perversión.

Los zarcillos jóvenes no se enroscan demasiado pero los maduros, que ya se han secado sí lo hacen. De esta manera los zarcillos van poco a lo largo de su desarrollo “atando” la planta mejor al soporte, con lo que permiten que se sostenga una planta cargada de pepinos.

 El equipo creó un modelo más sofisticado usando un tejido denso en el interior de la banda y alambre de cobre en el exterior. De esta forma se podía construir el primer muelle artificial que no se retuerce en los extremos cuando se estira. Este tipo de muelles se ha visto en otras plantas trepadoras. Finalmente, los investigadores han pedido una patente para el desarrollo de estructuras helicoidales similares a zarcillos que pueden ser de interés industrial.

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Para leer más:

  • Gerbode SJ, Puzey JR, McCormick AG, Mahadevan L. (2012) How the cucumber tendril coils and overwinds. Science 337(6098):1087-1091. http://news.sciencemag.org/sciencenow/2012/08/video-how-cucumber-tendrils-curl.html