FITOMECÁNICA // Mecanismo de movilidad y orientación de Cucurbita maxima
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Sirva la oportunidad, para compartir con toda la comunidad académica de la red social Steemit, información científico-técnica sobre FITOMECÁNICA, específicamente aspectos relacionados a los mecanismos de ascensos que utilizan las especies vegetales, en este artículo nos limitaremos a dilucidar el modelo fitomecánico de movilidad y orientación que dispone la Cucurbita maxima, al asociar repuestas eco-fisiológicas por fototropismo y tigmotropismo.
El post se presenta, bajo la narración científica y audiovisual esperando sea de gran aporte académico, y del agrado de todos los miembros de nuestra comunidad #stem-espanol.
Video 1. Presentación Post – FITOMECÁNICA // Mecanismo de movilidad y orientación de Cucurbita maxima. Edición: @lupafilotaxia.
A diferencia de los animales, las especies vegetales carecen de un sistema de desplazamiento por acción muscular, cuya orientación, longitud y velocidad son controladas por neuronas que intervienen fisiológicamente en la ejecución de cada movimiento, por el contrario, las especies vegetales producto de la evolución han desarrollado una serie de adaptaciones morfológicas, con el objeto de generar respuestas biomecánicas frente a estímulos externos [4].
En cuanto a la movilidad y orientación, las especies vegetales han adaptado estructuras morfológicas como los tricomas, órgano vegetativo capaz de percibir estímulos ambientales e inducir respuestas fitomecánicas que garanticen crecimiento, desarrollo y producción en los vegetales [7].
Por consiguiente, la finalidad del presente post consiste en describir el modelo fitomecánico que posee la Cucurbita maxima, para garantizar la movilidad y orientación de sus estructuras vegetativas.
Tal como se ha indicado en los anteriores post, las especies vegetales poseen habilidad fitomecánica para realizar ciertos movimientos, que de acuerdo a la velocidad ejecutada pueden ser; rápidos, lentos, prolongados u cortos, estos movimientos han sido categorizados como tropismos y nastías, ambas respuestas biológicas están relacionadas al crecimiento asimétrico de ciertas estructuras organográficas en los vegetales, que al percibir estímulos externos de intensidad variable, como por ejemplo fotones de luz, reorientan su ubicación topográfica en la planta [3].
Fisiológicamente esta capacidad que tienen las estructuras organográficas, para reorientar su ubicación topográfica en la planta, es atribuida a ciertos elementos vegetativos como los tricomas, que dependiendo de la longitud de onda e intensidad lumínica captada, generan una fuerte tensión histológica principalmente colenquimática, en la base de peciolos y zarcillos vegetativos con el objeto de controlar la orientación de las láminas foliares (hojas) y de esta manera disponer de mayor área fotorreceptora.
Figura 1. Tricoma pluricelular de Cucurbita maxima. Autor: @lupafilotaxia.
El fototropismo y tigmotropismo, son movimientos que ejercen las estructuras organográficas vegetales, el primero como respuesta mecánica sensible a la luz solar, y el segundo como acción biomecánica mediada por estímulos por contactos externos, es normal detectar estos movimientos en grupos vegetales específicos, sin embargo, no es común observar ambas respuestas asociadas a una misma estructura vegetativa [2].
Estructuras biomecánicas asociadas
Los zarcillos y tricomas, pueden actuar como dispositivos biomecánicos asociados, generando respuestas fitomecánicas en ciertas especies vegetales, cuyo mecanismo biológico funciona de la siguiente manera; los tricomas perciben las longitudes de onda y orientan a los zarcillos hacia soportes externos, que se encuentren en misma dirección de intercepción lumínica [7].
Imagen 2. Zarcillo en circumnutación con tricomas, vistos en segmento apical de tallo en Cucurbita maxima. Autor: @lupafilotaxia.
En el manuscrito se abordan dos estructuras biomecánicas, el principal órgano fitomecánico considerado en el post es el tricoma, elemento botánico de morfología variable que sobresale del tejido epidérmico, de constitución unicelular o pluricelular y de múltiples funciones, entre las cuales las más destacadas son; adsorción, percepción, protección y secreción.
El segundo órgano fitomecánico considerado es el zarcillo, estructura botánica de morfología filamentosa, con zonas sensibles al tacto en la región ápical, posee células epidérmicas con paredes celulares con alto contenido de celulosa y hemicelulosa que le confieren rigidez, además posee abundantes células colenquimáticas (tejido mecánico) en toda la periferia con capacidad de enrollarse.
Imagen 3. Acción biomecánica de zarcillo en circumnutación sobre lámina foliar en especie del taxón poaceae, respuesta mediada por la percepción lumínica captada por tricomas en Cucurbita maxima. Autor: @lupafilotaxia.
Ambas estructuras organográficas presentan comportamiento biomecánico, mediado por información genética a nivel celular, que les confiere la capacidad de percibir y trasmitir movimientos al recibir estímulos.
Estudio fitomecánico de campo
Video 2. Estudio fitomecánico de campo // Estrategias mecánicas de ascenso de Cucurbita máxima. Edición: @lupafilotaxia.
Para dilucidar el modelo fitomecánico de movilidad y orientación que dispone la Cucurbita maxima, al asociar repuestas eco-fisiológicas por fototropismo y tigmotropismo, se realizó un recorrido de campo en el área de cultivos del Jardín Botánico de la UNESUR ubicado en la zona biogeográfica del Sur del Lago de Maracaibo, estado Zulia - Venezuela, con el objeto de describir las estrategias biomecánicas de ascenso ejecutadas fisiológicamente por la especie.
Estrategias mecánicas de ascenso
El fototropismo y tigmotropismo, son los sistemas de movilidad y orientación que exhibe Cucurbita maxima (Auyama), como estrategias mecánicas para ascender y capar luz solar, estas habilidades biológicas son ejecutadas mediante la tensión histológica desencadenada en las células colenquimáticas que se encuentran en la base, cuerpo y ápice de los zarcillos, generándose movimientos por circumnutación sobre estructuras externas, que se encuentren en la misma dirección de la intercepción lumínica percibida por los tricomas.
Estrategia I: Tricomas como sensores lumínicos
Con la finalidad de aprovechar los fotones luz, los tricomas de Cucurbita máxima, al percibir las longitudes de onda envián señales de tracción al tejido colenquimático (células mecánicas) ubicado en la base, cuerpo y ápice de los zarcillos como acción biomecánica para la reorientación de las estructuras foliares hacia la luz solar captada [7].
Figura 2. Vista transversal de tricomas pluricelulares ubicados en la estructura organográfica de un zarcillo de Cucurbita maxima. Autor: @lupafilotaxia.
Estrategia II: Zarcillo con ápice erguido
La Cucurbita máxima, dispone de un mecanismo similar de movilidad y circumnutación tal como el observado en Passiflora edulis (Parchita), por ende de forma análoga los tejidos meristemáticos se multiplican y generan un agregado foliar denominado zarcillo, que tiende a desarrollarse longitudinalmente y de manera erguida en búsqueda de contactos externos.
Figura 3. Zarcillos vegetativos de Cucurbita máxima, se aprecia zarcillo con ápice erguido y curvado. Autor: @lupafilotaxia.
Estrategia III: Zarcillo con ápice curvado
El contacto del ápice de los zarcillos con elementos externos, desencadena la curvatura del mismo, estrategia biomecánica empleada para crear una especie de gancho para sujetarse.
Estrategia IV: Zarcillo con circumnutación
Posterior al contacto de los zarcillos de Cucurbita máxima, con algún elemento externo, se inicia un enrollamiento por circumnutación de forma helicoidal, con los segmentos inferiores, medios y superiores del soporte externo, hasta garantizar un área rica en fotones de luz que favorezca la actividad fotosintética.
Figura 4. Zarcillos de Cucurbita máxima, con circumnutación en segmento inferior. Autor: @lupafilotaxia.
Figura 5. Zarcillos de Cucurbita máxima, con circumnutación en segmento medio. Autor: @lupafilotaxia.
Figura 6. Zarcillos de Cucurbita máxima, con circumnutación en segmento superior. Autor: @lupafilotaxia.
Indicadores de tropismo fitomecánico
Para describir los indicadores de movilidad y orientación, mediante fototropismo y tigmotropismo positivo en Cucurbita máxima, se midió la distancia en los distintos eventos biomecánicos observados in situ.
Registro 1
Se observaron zarcillos en condición de circumnutación, debajo de las láminas foliares de Cucurbita máxima y en la zona inferior del elemento externo interceptado a un distanciamiento de 5 cm aproximadamente del suelo.
Registro 2
Se apreciaron en condición de circumnutación, sobre estructuras vegetativas secas interceptadas de especies del taxón poaceae, a un distanciamiento de 10 cm aproximadamente del suelo.
Figura 7. A la izquierda, se observa zarcillos de Cucurbita máxima, en circumnutación sobre tejido foliar seco de poaceae ubicados 5 cm apróx. del suelo, a la derecha, circumnutación sobre tejido foliar seco de poaceae ubicados 10 cm apróx. del suelo. Autor: @lupafilotaxia.
Registro 3
El último registro realizado in situ, se tomó a 15 cm de altura, sobre estructuras vegetativas frescas de especies del taxón poaceae interceptadas, en un área totalmente despejada para la captación de luz solar.
Figura 8. Se observa zarcillos de Cucurbita máxima, en circumnutación sobre tejido foliar fresco de poaceae ubicados 15 cm apróx. del suelo. Autor: @lupafilotaxia.
APORTES CIENTÍFICOS DE ESTA PUBLICACIÓN
- El contenido y consideraciones generadas en el post, amplían la visión teórico-científica sobre las estrategias biomecánicas de movilidad y orientación, mediante respuestas por fototropismo y tigmotropismo observadas en la especie vegetal Cucurbita máxima, al responder de forma eficaz a la captación de longitudes de onda lumínica disponible en su entorno ecofisiológico, mediante el uso de estructuras morfológicas como recursos fitomecánicos, que constituyen un factor importante y le garantiza niveles óptimos de actividad fotosintética, dentro de estas estructuras biomecánicas se señalan a los tricomas y zarcillos, elementos vegetativos que producto de la evolución y adecuaciones genéticas, le permiten a los especímenes de C. máxima, interceptar las diferentes intensidades de luz, y generar respuestas biológicas en las células colenquimáticas orientando de esta manera el crecimiento de los órganos en la planta.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSULTADAS Y CITADAS:
[1] Briggs W., and Olney M. Photoreceptorsin plant photomorphogenesis to date: Five phytochromes, two cryptochromes, one phototropin, and one superchrome. Plant Physiology. 2001;125:85-88.
[2] Domínguez E., Cuartero J., and Heredia A. An overview on plant cuticle biomechanics. Plant Sci. 2011;181:77-84.
[3] Hohm T., Preuten T. and Fankhauser C. Phototropism: Translating light into directional growth. American Journal of Botany. 2013;100;1:47-59.
[4] Lambers H., Chapin F., and Pons T. Plant Physiological Ecology. Springer, Nueva York, EUA. 1998;540.
[5] Leroux O. Collenchyma: a versatile mechanical tissue with dynamic cell walls. Ann Bot. 2012;110:1083-1098.
[6] Meisel L., Urbina D., y Pinto M. Fotorreceptores y respuestas de plantas a señales lumínicas. Fisiología Vegetal. Capitulo XVIII. 2011;18.
[7] Zaja U., Kucharski S., and Guzek D. Are trichomes involved in the biomechanical systems of Cucurbita leaf petioles?. Planta. This article is published with open access at Springerlink.com. 2015;13.
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Como es de costumbre @lupafilotaxia nos presentas material único e inedito. Las fotos están preciosas, es ahí la importancia de que se vean muy nitidaz para entender perfectamente lo que quieres transmitir
Saludos Dra. @anaestrada12, gracias por sus alentadoras y positivas palabras.
Excelente post @lupafilotaxia
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