RECEPCION, CONTROL Y RESPUESTA DE LAS PLANTAS A SEÑALES.

RECEPCION Y CONTROL DE SEÑALES; Y RESPUESTAS POR LAS PLANTAS.
TRABAJOPOR EQUIPO PRESENTADO POR GRUPO IA422, PERIODO ENEJUN 2013.
21.4 Conceptos básicos y terminología.
Consideremos tres ritmos característicos: como ya hemos visto el periodo
es el tiempo que transcurre entre dos puntos comparables de los ciclos. El término
fase se define como cualquier punto de un ciclo reconocible por su relación con el
resto del ciclo. Si el ciclo se describe mediante forma que la función seno o la
función coseno), la fase máxima del ciclo se denomina acrofase. Por lo tanto, el
periodo es el tiempo entre acrofases.
Los botánicos en particular utilizan el término fase para referirse a una fase
reconocible del ciclo; por ejemplo, la parte que ocurre normalmente durante el
periodo de luz, conocida como fase fotófila.
El rango es la diferencia entre los valores máximo y mínimo, y la amplitud
es igual a la mitad del rango, o la magnitud en que la respuesta observada varía
de la media.
Cuando las plantas o los animales se exponen un entorno que fluctúa de
acuerdo con un periodo y los ritmos presentan el mismo periodo, se dice que
están sincronizados al entorno, un concepto opuesto al de ritmo libre. Esta
sincronización al entorno puede deberse a varios factores, sobre todo a periodos
alternados de luz y oscuridad separados por el amanecer (luces encendidas) y el
anochecer (luces apagadas).
Si un determinado estimulo se aplica una sola vez (por ejemplo un rayo de
luz) y la fase del ritmo se desvía en respuesta al ritmo, se dice que el ritmo se ha
desplazado en fase o reenfasado.
21.5 Respuestas rítmicas al entorno
Luz
Los trabajos de Bunning, Stern y Stoppel han mostrado que los factores
sincronizantes pueden ser tan sutiles como una luz roja débil, de ahí que la luz
fuese estudiada como posible por Zeitgeber. Pronto se descubrió que los ritmos
podrían sincronizarse a un ciclo de luz-oscuridad distinto al de 24 horas. Se
podrían establecer ciclos más cortos, de 20 a 21 horas (en casos raros de 10 a 16
horas) o ciclos más largos de 28 a 38 horas.
Se han hecho estudios permitiendo que un ritmo se establezca firmemente
mediante un entorno cíclico y sometiéndolo después a condiciones de oscuridad
continua. Durante el ritmo libre se aplicaron breves periodos de luz en distintos
momentos.
Típicamente, cuando se aplica luz durante el día subjetivo,
prácticamente no hay efecto sobre el ritmo; es decir, si la luz llega durante las
fases típicas del día en su entorno cíclico natural, las fases siguientes del ciclo no
resultan muy influenciadas. Sin embargo cuando la luz se aplica durante la noche
subjetiva, el ritmo se retrasa (es decir, el pico siguiente llega después de lo
esperado). Es como si el rayo de luz actuase como anochecer, pero llegando más
tarde y causando un retraso. A medida que la luz se aplica cada vez más tarde
durante la noche subjetiva, la magnitud del retraso aumenta hasta llegar a un
punto en el que el rayo de luz repentinamente provoca un adelanto del ritmo, y no
un retraso.
El rayo de luz actúa entonces como un amanecer en vez de un anochecer.
Temperatura
En 1931 Bunning había investigado los efectos de la temperatura sobre el
reloj. Observo que el efecto de la temperatura sobre la respuesta era
inesperadamente pequeño, pero el periodo de movimiento de sus hojas de sus
plantas de judía resulto más sensible a la temperatura que el de algunos animales
estudiados posteriormente.
La mayoría de los ritmos ultradianos son sensibles a la temperatura, pero
algunos no lo son.
Al observar los efectos de la temperatura sobre el reloj biológico nos
enfrentamos a una especie de paradoja. Cambios de temperatura de solo 2.5°C
e incluso menos, pueden sincronizar los ritmos (actuar como un Zeitgeber) en
Neurospora y otros organismos, y la temperatura también puede influir sobre la
amplitud de la respuesta. A buen seguro esos efectos deben ser importantes en la
naturaleza. Es más, el periodo de un ritmo libre es relativamente insensible a la
temperatura. Por tanto, algunos aspectos de los relojes son sensibles a la
temperatura y otros no.
Los efectos de la temperatura sobre el periodo varían de un organismo a
otro.
Compuestos aplicados.
Si pudiéramos encontrar un compuesto capaz de inhibir o promover
claramente la medida del tiempo biológico, podríamos comprobar su mecanismo
de acción y, tal vez comprender el funcionamiento del reloj biológico.
21.6 Mecanismos del reloj
¿Qué es y donde reside el reloj? ¿Cómo funciona? ¿Hay más de un reloj o
mecanismo de reloj en cada organismo?
Sabemos más
sobre la situación y el número de relojes que sobre su
funcionamiento. Hasta ahora, no hay evidencias de que los relojes tengan
mecanismos diferentes en los distintos organismos, pero queda mucho por hacer.
Todos los ritmos de Gonyaulax mantienen el mismo periodo durante muchos días
en condiciones constantes y responden con el mismo desplazamiento de fase a un
estímulo, como un rayo de luz, lo que sugiere fuertemente que solo hay un reloj en
cada célula de Gonyaulax , pero este no es el caso para los múltiples ritmos
presentes en organismos multicelulares. En los seres humanos, por ejemplo, los
ciclos de sueño pueden desfasarse con los ciclos de excreción de potasio.
Seguramente existen múltiples relojes.
Anteriormente vimos los argumentos que apoyan la idea de la ubicación del
reloj en las membranas. Durante cierto tiempo se pensó que el núcleo podría estar
implicado; también se ha hallado un ritmo circadiano en el volumen del núcleo en
varios organismos.
En la búsqueda de los mecanismos de los relojes biológicos, los
investigadores han usado no solo inhibidores sino también mutantes de reloj en
varios organismos.
Mientras, varios investigadores han intentado construir hipótesis o modelos
para explicar el mecanismo del reloj. Dichos modelos deben explicar los periodos
largos (comparados con los periodos de sistemas químicos oscilatorios
conocidos), los efectos de reiniciación de la temperatura y especialmente de la luz;
la dependencia respecto a la temperatura, los efectos de las sustancias químicas
y el papel de las membranas, aparentemente clave.
¿PREGUNTA DONDE SE UBICAN LOS RELOJES. R EN LA MEMBRANA Y
NUCLEO CELULAR?
21.7 FOTO PERIODICIDAD.
Incluso antes de los trabajos de Bunning, Stern, Stopapel y Kleinhoonte ya
se había demostrado con claridad la existencia del reloj biológico como
componente de las plantas vivas, aunque el descubrimiento no fue aceptado
totalmente por los investigadores de ritmos hasta los años 50. Científicos que
trabajaban en los laboratorios de investigación.
El tabaco Maryland mammoth un nuevo hibrido crecía en esta latitud de una
altura de 3 a 5 metros durante los meses de verano, pero nunca florecía; sin
embargo, pero florecía en abundancia con solo 1 solo metro de altura cuando era
trasplantado al invernadero.
También advirtieron que todos los ejemplares de una determinada variedad
de soja florecían casi al mismo tiempo en verano, independientemente de cuando
habían sido plantados en primavera; es decir, las plantas grandes sembradas a
principios de la primavera florecían al mismo tiempo que plantas mucho más
pequeñas sembradas en verano.
Probaron varios factores ambientales que eran diferentes entre los campos
de verano y los invernaderos: niveles de luz, temperaturas, humedad del suelo y
nutrientes del suelo. Sin embargo, ninguna combinación de estos factores dio por
resultado la floración de las plantas de tabaco
Garner y Allard descubrieron que algunas plantas, por ejemplo, la cebada y
la espinaca, florecen en respuesta a días más largos que la longitud critica.
Esas plantas se denominan plantas de día largo, mientras que las que
florecen cuando el día dura menos que un determinado valor máximo, como el
tabaco y la soja se llaman plantas de día máximo.
Posteriores estudios revelaron el importante papel del periodo de oscuridad,
pero ahora está claro que las plantas son capaces de medir la duración del
periodo de oscuridad o el de luz, o ambos.
INTERACCIÓN ENTRE EL FOTOPERIODO Y EL RITMO
Las plantas del tomate presentan algunas interacciones de ritmos muy
interesantes. Aunque los días cortos promueven ligeramente la floración, las
plantas florecen en general con un amplio rango de duraciones de los días, desde
duraciones muy pequeñas hasta casi 18 horas; es decir, son casi de día neutro.
Pero la altura del tallo depende claramente de la duración del día; las
plantas cultivadas con días de 16 horas tienen tallos cuya longitud es casi el doble
de las sometidas a días de 8 horas. Esto sucede incluso cuando los días se
prolongan con bajos niveles de luz, por las que las plantas sometidas a días
largos no foto sintetizan mucho más que las plantas cultivadas en días cortos.
Con plantas sensibles de tomate, también es posible observar una ligera
pero significativa inhibición del crecimiento cuando se aplica luz a la mitad del
periodo de oscuridad. Una cuestión importante es si el reloj que mide la duración
del día y la noche en la foto periodicidad es el mismo que el que controla los
ritmos circadianos.
BIORRITMOS Y OTRAS PSEUDOCIENCIAS
Actual mente se habla mucho de los biorritmos. Se cree que el
comportamiento humano está controlado por tres ciclos, iniciados en el momento
del nacimiento: un ciclo físico de 23 días, un ciclo de sensibilidad (emocional) de
28 días y uno intelectual de 33 (Mackenzie, 1973; Thommen, 1973). Se supone
que la primera mitad de cada ciclo es el periodo en que uno es más positivo res
pecto al atributo de ese ciclo; durante la segunda mitad, se supone que uno es
negativo. Los días en el que hay cruce de más a menos, o de menos a más, son
días críticos, y si los puntos críticos de dos o tres ciclos coinciden en el mismo día
(lo que sucede unas seis veces al año, cuando se trata de dos ciclos, y una vez al
año, cuando se trata de tres ciclos), ¡hay que tener cuidado!
Los ritmos de actividad en animales permiten a una especie ocupar un
mismo nicho, no sólo espacial sino también temporal; un animal nocturno y uno
diurno pueden utilizar el mismo espacio, pero en momentos diferentes. Los ritmos
vegetales en el metabolismo adaptan la planta a las condiciones prevalecientes de
luz y temperatura. Los ritmos de las flores deben estar estrechamente acoplados a
la memoria temporal de las abejas.
El fenómeno de la foto periodicidad confiere al organismo que lo posee la
capacidad de ocupar un nicho determinado en un tiempo estacional, en contraste
a uno diario.
Algunos momentos de la temporada, con mínimas flores pero con gran
disponibilidad de polinizadores, suponen una ventaja selectiva para las especies
capaces de florecer en esos momentos
Los ritmos de los que hemos hablado en este capítulo no podrían tener
periodos exactos de 23,28 o 33 días desde el momento del nacimiento ( fijo para
todo el mundo ) a lo largo de las proverbiales setenta años de vida de un individuo.
Hablando de cuestiones pseudocientíficas, la botánica también tiene su
parte. Hay quienes sugieren que hablarle a las plantas, rezar junto a ellas, o
cantarles hace que crezcan mejor (y tal vez sea verdad, siempre que usted
auméntela concentración de CO2 en los alrededores de la planta o las cuide
mejor). Hay artículos que tratan de persuadirnos de que la música hace que las
plantas crezcan mejor. Aparentemente, los “experimentos” dieron esos resultados
en una ocasión, pero nadie ha podido repetirlos de forma consistente. Y lo que
debemos exigir en la ciencia es una verificación uniforme y objetiva ( Galston,
1974). De hecho, el progreso depende a menudo de descubrimientos
sorprendentes e inesperados, pero es habitual que muchos de los supuestos
descubrimientos sean interpretaciones erróneas o se deban a experimentos mal
diseñados, no precisamente avances en el conocimiento.
Movimientos de las hojas
¿Tienen los movimientos de las hojas alguna función de utilidad en la
naturaleza? Pfeffer se planteó esta cuestión cuando ato las hojas a una estructura
de bambú a fin de imposibilitar sus movimientos. Como las plantas no mostraron
ninguna enfermedad aparente, dedujo que los movimientos eran un subproducto
del proceso evolutivo y que carecían de valor selectivo para la planta. Darwin y su
hijo Francis (1880) probaron esta idea de manera experimental y obtuvieron
resultados positivos (aunque no muy marcados). Experimentos similares más
recientes ( Enrigth, 1982; Schwintzer,1971) confirmaron la observación básica,
pero las diferencias de temperatura entre las hojas verticales y las horizontales
eran pequeñas, menos de 1°c. Por otra parte, Alan p. Smith (1974) estudio
Espeletia schultzii en los andes de Venezuela, a una altura de 3.600 m. Espeletia
es una especie arrosetada grande (0,5 m de diámetro, 0,25 m de altura) con hojas
pubescentes que se cierran por la noche alrededor de una única yema apical y se
abren durante el día, la planta es típica de otras elevaciones alpinas en los
trópicos.
La forma de roseta de las hojas también constituye un reflector parabólico y
radiante que calienta la yema durante el día, promoviendo supuestamente su
metabolismo y desarrollo.
La transpiración puede reducirse mucho en las hojas que se pliegan por la
noche. Cuando algunas especies se pliegan por completo, ninguna estoma queda
descubierto; todos quedan completamente protegidos.
La posición
vertical nocturna podría ser un dispositivo protector para
asegurar la correcta medida del tiempo en la foto periodicidad.
MEMORIA DEL TIEMPO
Ingeborg Behling descubrió que podría enseñar fácilmente a las abejas a
alimentarse a una determinada hora del día. Esto debe ser una adaptación a los
ritmos de la planta asociados a la apertura de flores y la producción de néctar.
Nuestra
despertándonos
memoria
a
una
del
hora
tiempo
se
manifiesta
predeterminada.
Esto
con
es
más
frecuencia
particularmente
impresionante porque las personas deben traducir un concepto aprendido a una
forma que “ajuste el aditamento” de su reloj biológico.
NAVEGACION CELESTE
El descubrimiento de la compensación de la temperatura fue especialmente
estimulador.
Por esa época, Gustav Kramer, K. von Frish y otros investigadores en
Alemania encontraron que ciertas aves y otros animales podrían
seguir una
dirección sobre la superficie de la tierra a partir de la posición del Sol en el cielo.
Como esta posición cambia, el organismo debe ser capaz de hacer las
correcciones pertinentes para adaptarse a la hora del día, aparentemente
mediante el uso de algún tipo de reloj
AGRICULTURA
Las respuestas rítmicas de las plantas a compuestos químicos tales como
los herbicidas son un buen ejemplo de la influencia del reloj biológico en la
agricultura. Hay pocas investigaciones al respecto pero los mecanismos de
respuesta son variables y a menudo indirectos. Por ejemplo la posición de la hoja
puede determinar la cantidad de herbicida que se osa sobre la hoja.
Como muchas cosechas dependen de cuanto florece el cultivo (cultivos de
semilla y frutos) o cuando no florecen (cultivos vegetativos) y dado que el
fotoperiodo influye a menudo en la floración el reloj de la fotopedioridad tienen una
considerable importancia en la agricultura.
con un cultivo de semilla como la soja de día corto los rendimientos de ciertas
variedades pueden ser máximos en un rango de latitudes (es decir duración del
día) de tan solo 80 km si las plantas están muy al sur los días finales del verano
son demasiado cortos y la floración empieza antes de que la planta tuviese la
oportunidad de generar un mayor número de hojas y muy al norte las plantas
florecen muy avanzadas y más cerca de la temporada de heladas y esto puede
perjudicarlas.
El reloj fisiológico en humanos
Hay ritmos en el sueño (despertarse justo antes de que suene el
despertador); en la agudeza mental y la velocidad de cálculo; en los niveles
hormonales, los latidos del corazón, la temperatura corporal, la excreción de orina,
la sensibilidad a los fármacos, los nacimientos y las muertes (ambos casi siempre
de noche), y en muchos otros fenómenos.
Los aviones, cuyo recorrido atraviesa varios husos horarios alteran los
relojes internos de los pasajeros. Un turista o un diplomático pueden tardar varios
días en adaptarse al nuevo huso horario.
El conocimiento del reloj biológico se aplica en muchos hospitales donde los
fármacos se administran en dosis más bajas en las horas en que los pacientes son
más sensibles a ellas.
Se debería prestar más atención a la dificultad de permanecer alerta
cuando el reloj biológico indica que es hora de dormir.