Les plantes més estressades del planeta

Quins són els mecanismes que posen en marxa les plantes quan es troben en circumstàncies vertaderament estressants? Com sobreviuen en condicions climàtiques extremes? A tot el món es calcula que hi ha unes 150.000 espècies vegetals, entre les quals, en realitat, només es tenen coneixements molt detallats de prop d’una desena. Si en el futur s’han d’afrontar nous reptes vinculats al canvi climàtic, a l’augment de població, a la millora i la rendibilitat de cultius o a la proliferació d’espècies invasores, els científics hauran d’incrementar el seu ventall de coneixements, amb noves perspectives d’estudi que impliquin, entre altres variables, entendre la divergència o la contradicció entre productivitat i tolerància a l’estrès de les plantes, és a dir, qualsevol condició que faci que una planta funcioni per davall del seu potencial.

Noves perspectives d’estudi

Això és justament el que està fent un grup d’investigadors del departament de Biologia de la UIB, tots ells integrants del grup de recerca en Biologia de les Plantes en Condicions Mediterrànies i que acaben de tornar d’una campanya antàrtica del Comitè Polar Espanyol en el marc del projecte anomenat ‘Bases mecanístiques per a la compensació entre fotosíntesi i tolerància a l’estrès: completant llacunes de coneixement per a la Biologia Evolutiva i la Biotecnologia de Plantes’ (TOPSTEP), finançat pel govern espanyol amb 278.000 euros per a un període de quatre anys. Jaume Flexas n’és l’investigador principal i també formen part del projecte Xurxo Gago, María José Clemente, Xavier Gulías i Marc Carriquí. En concret, aquests científics varen estar el gener i el febrer passats desenvolupant el seu projecte a la Patagònia, Terra del Foc (estret de Magallanes, serralada Darwin) i les illes antàrtiques de Livingston i el Rei Jordi. Globalment, el projecte, que va començar el 2015, es troba ara en el tercer any de desenvolupament i conclourà a finals del 2018.

La hipòtesi de partida d’aquests investigadors de la UIB és que les plantes, a priori, disposen d’un condicionant anatòmic amb el qual poden aconseguir molta tolerància o resistència, cosa que a canvi repercuteix en una menor capacitat de fotosíntesi i, per tant, de creixement. I al revés: les anatomies que difonen bé el C02 i fan molta fotosíntesi impliquen major sensibilitat en les fulles i altres estructures. Dit d’una altra manera, a llocs on les inclemències del temps són contínues, és possible trobar plantes especialment adaptades que combinin una alta tolerància a l’estrès amb una productivitat raonablement alta. Això podria tenir utilitat per trobar una font interessant per a la millora de cultius.

Ara bé, si l’evolució ha tingut tant de temps per optimitzar aquestes estructures i fer-les aptes per al desenvolupament de la fotosíntesi, què passa en el cas de les molses i els líquens, amb unes característiques anatòmiques tan peculiars? Per què aquests organismes, capaços de colonitzar tot tipus d’ambients, no han evolucionat per adaptar-se i poder fer la fotosíntesi? La biologia evolutiva no és l’únic element a tenir en compte en el comportament de les plantes. Als científics de la UIB els interessa analitzar la influència que els ambients climàtics extrems tenen sobre la capacitat fotosintètica, amb molses i líquens que tenen poca fotosíntesi i en canvi molta tolerància. En latituds més properes, aquest determinisme és més evident, amb molta capacitat de fotosíntesi i poca tolerància a l’estrès.

Els ambients estressants poden ser de diferents tipus. Els que tenen lloc al Mediterrani es caracteritzen per la manca d’aigua en estius secs i calorosos. A l’Antàrtida les plantes pateixen unes condicions especialment estressants: poques pluges, gel, vent i manca de llum. En aquests ambients extrems, però, el desgel pot crear cursos d’aigua que algunes plantes saben aprofitar, encara que sigui per subsistir. Les zones estudiades pels científics de la UIB a l’Antàrtida, a través del projecte TOPSTEP, són llocs denominats “de transició”, caracteritzats per curts períodes d’estiu polar, on les plantes gairebé no disposen de temps per poder fer un creixement continuat. Jaume Flexas explica que “cada vegada tenim més clar, gràcies al projecte, que efectivament hi ha una regressió negativa, és a dir, com més fotosíntesi menys tolerància a l’estrès i com menys fotosíntesi més tolerància. Les espècies que viuen a l’Antàrtida són extremadament tolerants a l’estrès. El que ens queda per demostrar, en aquests ambients més estressants, és que finalment la competència ens pot dur a una evolució paral·lela, amb espècies capaces de mantenir la tolerància elevada i, a més, augmentar la capacitat fotosintètica”.

Recerques a diferents ambients

Altres llocs del planeta estudiats per l’equip de científics de la UIB han estat el desert de Namíbia, el centre d’Austràlia, Atacama (Xile), els Andes i la República Dominicana, sempre tractant de mesurar paràmetres fisiològics de plantes que viuen en ambients extrems. El proper més de juliol, una part de l’equip continuarà la recerca en un altre ambient que se suposa igualment estressant però que és a l’altre extrem del planeta, a les illes Svalbard, a l’Àrtic. Aquesta sortida no forma part del projecte TOPSTEP, en el sentit més estricte, sinó que es farà en col·laboració amb una altre projecte de la Svalbard Foundation. Aquests dies Jaume Flexas i Xurxo Gago estan realitzant pràctiques de tir, ja que per moure’s per les illes Svalbard és obligatori disposar d’un permís d’armes a causa de l’elevada presència d’ossos polars, una espècie que els darrers anys ha alterat els seus costums a causa dels efectes del canvi climàtic.

Resumint la recent campanya antàrtica, Flexas argumenta que “tots els preparatius són importants, però quan ets allà t’adones que has de fer el que humanament pots, o sigui improvisar i adaptar-te a les circumstàncies de la millor manera possible. Mostrejar és molt complicat, en teoria no pots sortir dels camins marcats per no molestar la fauna i has de dur tots els permisos en regla, en tot moment, per fer investigació ‘in situ’ amb les plantes, dir quines espècies estudiaràs, quantes mostres i teixits penses agafar... Però muntar un laboratori encara és més difícil, especialment quan la base polar espanyola Juan Carlos I, a l’illa del Rei Jordi, continua en construcció, des de fa vuit anys, i llavors has d’improvisar, com vàrem haver de fer amb una mena d’hivernacle construït per nosaltres mateixos”. “En definitiva, l’Antàrtida és un altre món”, conclou l’investigador principal del projecte TOPSTEP.

NOMÉS DUES ESPÈCIES I UNA D’‘INVASORA’

A les illes antàrtiques de Livingston i el Rei Jordi els equips d’investigadors de la UIB treballaven en paral·lel amb les mateixes espècies de plantes, comparant-les en microambients distints, amb l’objectiu de veure de quina manera les petites variacions en les condicions climàtiques afecten la morfologia i la fisiologia de les poques espècies capaces de sobreviure en aquelles condicions. En aquestes illes només hi ha dues plantes vasculars o amb flor: la Colobanthus chitensis i la Deschampsia antarctica. No n’hi ha més perquè sobreviure allà és difícil, les venes de les plantes literalment es col·lapsen d’aire i no hi pot circular l’aigua. A pesar de tot, a Rei Jordi ha entrat una gramínia ‘invasora’, la Poa annua, probablement introduïda per culpa de la presència humana en aquesta illa, a la qual hi ha diverses bases científiques de diferents països. La flora més abundant a tota l’Antàrtida són les molses i els líquens, amb més de 50 espècies diferents. Són estructures resistents que han sabut adaptar-se i sovint, encara que sembli que estan totalment seques, en realitat no estan mortes i quan torna a ploure llavors es rehidraten, sense necessitat d’haver de captar l’aigua a través de les arrels.

Per determinar el nivell de tolerància a l’estrès de les plantes, els científics de la UIB agafaven un trosset de les fulles i altres estructures, les posaven dintre d’un tub tancat i amb òptiques de florescència hi aplicaven una tècnica de dessecació. Després les tornaven a posar en aigua i deixaven que es rehidratassin. Així obtenien els resultats i atribuïen a cada mostra un indicador numèric. Flexas puntualitza que “la tolerància a la dessecació és molt il·lustrativa del nivell d’estrès global. Quan la planta està en un ambient glaçat és com si no tingués gens d’aigua perquè no la pot absorbir per les arrels”. “De moment ja tenim tres microambients que hem començat a caracteritzar -informa Flexas- i l’any vinent continuarem la feina amb una nova campanya”. Les conclusions de l’estudi serviran per entendre i preveure els possibles canvis en la distribució de la vegetació antàrtica en resposta a futures pertorbacions i canvis climàtics.