¿Tienes tiempo? Sameer mishra / Shutterstock

Cualquiera que haya viajado a través de múltiples zonas horarias y haya sufrido jet lag entenderá cuán poderoso es nuestro los relojes biológicos son. De hecho, cada célula del cuerpo humano tiene su propio reloj molecular, que es capaz de generar un aumento y una disminución diarios en la cantidad de proteínas que el cuerpo produce durante un ciclo de 24-hora. El cerebro contiene un reloj maestro que mantiene el resto del cuerpo sincronizado, utilizando señales luminosas desde los ojos para mantenerse al día con el medio ambiente.

Las plantas tienen ritmos circadianos similares que les ayudan a decir la hora del día, preparando las plantas para la fotosíntesis antes del amanecer, encender mecanismos de protección contra el calor antes de la parte más calurosa del día y produciendo néctar cuando los polinizadores tienen más probabilidades de visitar. Y al igual que en los humanos, cada célula de la planta parece tener su propio reloj.

Nuestros ojos y cerebro dependen de la luz solar para coordinar la actividad en el cuerpo según la hora del día. Yomogi1 / Shutterstock

Pero a diferencia de los humanos, las plantas no tienen cerebro para mantener sus relojes sincronizados. Entonces, ¿cómo coordinan las plantas sus ritmos celulares? Nuestro nueva investigación muestra que todas las células de la planta se coordinan en parte a través de algo llamado autoorganización local. Esto es efectivamente las células de la planta que comunican su sincronización con las células vecinas, de manera similar a cómo bancos de peces y bandadas de pájaros coordinar sus movimientos interactuando con sus vecinos.

Investigación previa descubrió que la hora del reloj es diferente en diferentes partes de una planta. Estas diferencias se pueden detectar midiendo el momento de los picos diarios en la producción de proteínas del reloj en los diferentes órganos. Estas proteínas de reloj generan las oscilaciones de 24-hora en procesos biológicos.

Por ejemplo, las proteínas del reloj activan la producción de otras proteínas responsables de la fotosíntesis en las hojas justo antes del amanecer. Decidimos examinar el reloj en todos los órganos principales de la planta para ayudarnos a comprender cómo las plantas coordinan su sincronización para mantener a toda la planta en armonía.

Lo que hace que las plantas funcionen

Encontramos que en thale berro (Arabidopsis thaliana) plántulas, el número de picos de proteínas de reloj en diferentes momentos en cada órgano. Los órganos, como las hojas, las raíces y los tallos, reciben diferentes señales de su microambiente local, como la luz y la temperatura, y utilizan esta información para establecer su propio ritmo de forma independiente.

Si los ritmos en diferentes órganos no están sincronizados, ¿sufren las plantas algún tipo de desfase horario interno? Si bien los relojes individuales en diferentes órganos alcanzan su punto máximo en diferentes momentos, esto no resultó en un caos completo. Sorprendentemente, las células comenzaron a formar patrones de ondas espaciales, donde las células vecinas se retrasaron ligeramente entre sí. Es un poco como un estadio o una ola "mexicana" de fanáticos de los deportes de pie detrás de las personas a su lado para crear un movimiento ondulatorio entre la multitud.

Las células vegetales se comunican entre sus vecinos para coordinar el tiempo. James Locke, autor proporcionado

Nuestro trabajo muestra que estas ondas surgen de las diferencias entre los órganos a medida que las células comienzan a comunicarse. Cuando el número de proteínas de reloj en una célula alcanza su punto máximo, la célula se comunica esto a sus vecinos más lentos, que siguen el liderazgo de la primera célula y también producen más proteínas de reloj. Estas células luego hacen lo mismo con sus vecinos, y así sucesivamente. Tales patrones se pueden observar en otras partes de la naturaleza. Algunas especies de luciérnagas forman patrones de ondas espaciales a medida que sincronizar sus flashes con sus vecinos

La toma de decisiones local por las células, combinada con la señalización entre ellas, podría ser la forma en que las plantas toman decisiones sin cerebro. Permite que las células en diferentes partes de la planta tomen diferentes decisiones sobre cómo crecer. Las células en el brote y la raíz pueden optimizar por separado el crecimiento a sus condiciones locales. El brote puede doblarse hacia donde la luz no está obstruida y las raíces pueden crecer hacia el agua o hacia un suelo más rico en nutrientes. También podría permitir que las plantas sobrevivir a la pérdida de órganos por daño o ser comido por un herbívoro.

Esto podría explicar cómo las plantas pueden adaptar continuamente su crecimiento y desarrollo para hacer frente a los cambios en su entorno, lo que los científicos llaman "plasticidad". Comprender cómo las plantas toman decisiones no solo es interesante, sino que ayudará a los científicos a criar nuevas variedades de plantas que puedan responder a su entorno cada vez más cambiante con el cambio climático.

Acerca de los Autores

Mark Greenwood, PhD Investigador en Biología Celular, Universidad de Cambridge y James Locke, líder del grupo de investigación en biología de sistemas, Universidad de Cambridge

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