La arquitectura de las raíces: rutas y caminos inadvertidos que permiten la vida de las plantas
Las plantas tienen un mundo increíble que suele pasar inadvertido. Debajo de las hojas, tallos y troncos, las raíces hacen lo suyo. Cada sistema radicular, o conjunto de raíces, tiene su propia “arquitectura”, cuyas rutas se van determinado según factores genéticos y ambientales. Esto es parte de lo que han registrado investigadores a través de ilustraciones y observaciones, evaluando no solo la relación entre las raíces y la parte superficial de la planta, sino también cómo las cómo las condiciones del entorno influyen en su desarrollo. Sin embargo, todavía queda un gran camino por saber sobre esto, incluyendo su relación con los hongos. Conversamos con dos investigadoras. Aquí te contamos más detalles.
En pleno bosque del sur de Chile, lo primero que se ven son sus imponentes árboles. Vemos los colores, hojas y troncos de distintas especies. Debajo de ellos, dependiendo de la temporada, hay alguno que otro llamativo hongo. Escuchamos el canto del chucao. Sabemos que quizás hay un pudú en algún lado. Sobresalen las telas de arañas y el andar de los insectos. Pero poco imaginamos lo que hay debajo de nuestros pies.
Eso se podría repetir en todos los bosques del mundo.
La mayoría de las plantas que nos rodean, además de sus visibles hojas, tallos y troncos, tienen raíces (a diferencia de musgos y briófitas, por ejemplo, que no cuentan con ellas). Y cada una lo hace con su propio estilo: hay algunas más cortas y superficiales. Otras son más profundas. Algunas son aéreas. Es algo así como un modelo arquitectónico de crecimiento de cada planta, que se determina por muchos factores, y empieza desde el momento en que el ejemplar comienza a crecer.
“La arquitectura de las raíces se refiere a cómo va formándose la raíz desde su inicio (embrión, raíces primarias, secundarias, terciarias, etc.) y cómo ésta va ramificando las distancias horizontales y verticales de estas raíces. Es algo similar a lo que pasa en las copas de los árboles con el fuste (tallo) y las ramas, y cómo estas van desarrollándose”, explica Karen Peña-Rojas, Dra. Ingeniería Forestal, académica de la Facultad de Ciencias Forestales y de la Conservación de la Naturaleza, de la Universidad de Chile, y Directora del Laboratorio de Bosques Mediterráneos.
De esta forma, tiene sus razones biológicas. Pero también parecen ser una gran obra de arte subterránea.
Las raíces: una parte indispensable de algunas plantas
Las raíces son un pilar para las plantas que las poseen. “Tienen funciones esenciales para la planta y efecto en el tamaño y estructura de la planta y su productividad”, explica Karen.
Esas funciones se relacionan con su capacidad de anclar, sujetar o sostener las plantas; permitir el ingreso de agua y nutrientes minerales que requieren la planta para sus funciones vitales y crecimiento; su capacidad de actuar como sensores enviando señales a la parte aérea y radicular; y almacenar reservas, de nutrientes principalmente, sumando oxígeno en algunos casos.
De esta forma, las raíces no solo son órganos encargados del soporte de la parte visible de la planta, sino cumplen funciones en la absorción de nutrientes que ayudan a que las plantas crezcan, entre otras cosas.
“También se ha determinado que las raíces pueden interactuar con plantas vecinas ya sea ayudando a su desarrollo o impidiendo su desarrollo, y con microorganismos presentes en el suelo”, añade Karen. De hecho, aquellas encargadas de absorber o del ingreso de agua o nutrientes, conocidas como raíces activas, se renuevan constantemente, entregando materia orgánica al suelo y ayudando a mejorar suelos pobres y degradados.
En este contexto, hay quienes se han concentrado en entender la forma en la que las raíces crecen y cómo esto influye en cada planta.
Un grupo de investigadores del Instituto Sociológico de Plantas de Klagenfurt, en Austria, se dedicó durante 50 años a entender la morfología, formas y capacidades que las plantas han desarrollado a través de sus raíces, en relación con las condiciones climáticas, temperaturas, estructura de suelo y proximidad con otras especies. Tal investigación resultó en siete volúmenes de libros con notables ilustraciones realizadas por Erwin Lichtenegger.
Cada ilustración se hizo a mano con un lápiz y refleja la complejidad de los sistemas radiculares, junto con el brote. Árbol y raíz. Arbusto y raíz. Pequeña planta y raíz. Hizo lo invisible, visible. No solo dando un aporte al estudio científico del comportamiento de las plantas, sino que haciéndolo a través de la interpretación de la realidad a través de una forma artística.
Hoy en día, dicho trabajo comprende cerca de mil especies de 116 familias distintas, que fueron excavadas y dibujadas. Son originarias principalmente de Austria, pero también de Europa Central desde el valle a las montañas, el desierto de Gobi, de Namif, Kalahari, Cáucaso, e incluso Argentina y Australia.
Una contraparte de este trabajo es el desarrollado por John E. Weaver, experto en gramíneas en Estados Unidos, quien publicó el libro “Las relaciones ecológicas de las raíces”, en el que se enfoca en las raíces de plantas nativas de climas desérticos, abarcando más de mil plantas de 140 especies distintas.
Además, corresponden a uno de los registros más conocidos y comprensibles a simple vista de lo que llamamos la arquitectura de las raíces. En ellos, se ve una verdadera variedad de formas y caminos, particulares de cada planta. Ahí, luego, está el entender el por qué cada uno se conforma así.
El camino de las raíces
“La genética de la especie vegetal determina el tipo de raíz, pero las condiciones de suelo van modificando el cómo y hacia dónde se desarrolla la raíz, es decir, por dónde irá explorando y el tamaño que tendrá esa raíz”, explica Karen. En otras palabras, el desarrollo de la raíz se dirige por la genética, pero también por su hábitat, el clima y el suelo. Es decir, sus los factores genéticos y ambientales.
Por ejemplo, en el trabajo de Erwin Lichtenegger se ilustra a Taraxacum serotinum, mostrando a simple vista una comparación entre el tamaño de la planta con la profundidad de su raíz. Mientras una estructura aérea de 13 cm y una raíz de 456 cm, en un ejemplar que creció en una pendiente pronunciada cerca de Vienna, en lo que se conoce como la región biogeográfica Panónica. Se trata de una vegetación que crece en ambientes de estepa. Por otro lado, Calluna vulgaris tenía raíces menos profundas en lugares semi áridos cerca de Klagenfurt y en Lüneburg Heath, de clima crudo y arena de cuarzo, la arquitectura de la raíz era más profunda y horizontal.
Así, dentro de una misma especie hay ejemplares genéticamente similares, lo que tiene relación con las adaptaciones a distintos hábitats, pero que pueden cambiar en su tamaño según el clima, el suelo y los recursos. Por ejemplo, el sistema radicular de un quillay que crece en una ciudad de la Región de Valparaíso no tiene por qué ser igual al de uno creciendo en la cordillera, en pendiente, de la Región del Biobío.
De esta especie, se sabe que tiene un gran desarrollo de su sistema radicular en profundidad, como horizontalmente, lo que le permite capturar eficientemente los nutrientes y el agua del suelo.
De momento, según explica Peña-Rojas, se sabe que existe una relación entre el tamaño de la raíz y la parte aérea de la planta, y que la arquitectura se puede desplazar y no ser homogénea. Esto último se puede determinar en base a lo que hay en el suelo —por ejemplo, afloramientos rocosos, horizontes quebrados o capas de suelo impermeables, entre otras cosas— o en dónde están los recursos en el suelo. También a características topográficas, como si crece en pendiente o la condición de los vientos, en relación a la función de soporte de las raíces.
En este sentido, las raíces tienen un alto grado de plasticidad morfológica que varía, incluso, a nivel de especie. “Son plásticas porque tienen la capacidad de crecer en una gran diversidad de tipos de suelo. No obstante, el exceso de agua en el suelo es una limitante para especies que no están adaptadas genéticamente a crecer en suelos inundados o con exceso de agua”, comenta Karen.
Un ejemplo son especies como el algarrobo (Prosopis chilnesis) y el guayacán (Porliera chilensis), que requieren contenidos de agua en el suelo no mayores a 60%, de lo contrario, las raíces mueren por falta de oxígeno.
Por otro lado, existen especies adaptadas a suelos inundados con adaptaciones morfológicas que se lo permiten, como tejidos que almacenan oxígenos en sus raíces o raíces aéreas. “También hay plantas que, frente a la restricción hídrica, redistribuyen recursos —los compuestos que generan a través de la fotosíntesis— para favorecer el crecimiento radicular y no aéreo para llegar a áreas del suelo que cuenten con el recurso que les falta. Por ejemplo, el boldo (Peumus boldo)”, añade Karen.
Las eternas compañeras de las raíces
Si nos remontamos en el tiempo, existen hipótesis que apuntan a que los organismos con clorofila que estaban en el agua —las “plantas” del pasado— se establecieron en el medio terrestre gracias a los hongos. Fósiles de plantas de 450 millones de años han evidenciado lo anterior. Eran tiempos donde las raíces no existían, pero que los hongos, entre otros organismos, ya estaban junto a las plantas.
“En algún momento comenzó a pasar que los hongos, con su capacidad magnífica de procesar comida en cualquier parte, se unieron con plantas ancestrales y comenzaron a desarrollarse (en escala evolutiva) los hongos micorrícicos arbusculares. En algún momento comenzaron a aparecer las primeras plantas con estructuras de anclaje al sustrato, tipo raíces. La evidencia fósil nos muestra que en esas plantas ancestrales ya se observan las estructuras típicas de los hongos micorrícicos en tejidos aéreos de esas plantas ancestrales”, explica Patricia Silva-Flores, micóloga, doctora en Ciencias Biológicas, y actualmente académica Investigadora en el Centro de Investigación de Estudios Avanzados del Maule (CIEAM), de la Universidad Católica del Maule, Talca.
Así, se sugiere no solo que raíces y hongos coevolucionaron, sino que estos últimos, de alguna manera, ayudaron a que las plantas generen sus raíces y sistemas radiculares. “Entonces, hay todo un microbioma asociado a las plantas que probablemente tuvo mucho que ver en la generación de este órgano que son las raíces, y que les permitió generar esta interfase para comunicarse con el suelo y absorber los nutrientes que necesitan para poder vivir”, añade Patricia.
Las micorrizas corresponden a la unión simbiótica entre un hongo y su raíz. Los hongos micorrícicos, por ejemplo, ayudan a las plantas a estar en suelos ricos en materia orgánica, ayudando a la planta acceder más fácilmente a los nutrientes, la toma de agua y, en algunos casos a soportar infecciones por parásitos. Por su lado, la planta, al hacer fotosíntesis, produce azúcares que pasan a los hongos.
Por ello, la micorriza vendría a ser una estructura hiper especializada con transportadores específicos en sus células, que permiten los intercambios, siendo una especie de interfase entre el hongo y la planta. Así, es posible pensar que las micorrizas se relacionarían con la arquitectura de las raíces de las plantas, sobre todo considerando que las micorrizas están presentes en el 90% de ellas.
Una investigación realizada en Chile, por ejemplo, apuntó a que árboles antiguos y de raíces gruesas, como el canelo, tenían más micorrizas, respecto a plantas más jóvenes y de raíces más finas. Este patrón se justifica, justamente, en que las micorrizas ayudan a llegar a lugares del suelo que muchas raíces no logran.
“Hay algunos marcos conceptuales desarrollados recientemente que indican ciertas relaciones entre la arquitectura de la raíz con que haya o no micorrizas y qué tipo de estas. En general, hemos visto que las plantas sin micorrizas tienen raíces relativamente más largas, con más pelos radiculares. Son raíces finas. Lo contrario pasa cuando hay muchas micorrizas, las raíces finas son más cortas, casi no hay pelos radiculares y el grosor de las capas de las células disminuye. Hay una presunta relación. Hay evidencia de que este patrón se da bastantes veces, pero también como siempre en los sistemas biológicos, muchas excepciones”, explica Patricia.
Aquí, entonces, salen otros invitados en el edificio subterráneo: los pelos radiculares. Estos son parte de la raíz, más particularmente, proyecciones de sus células, que ayudan a incrementar la superficie de la toma de agua y nutrientes del suelo, así como el intercambio de señales con el medio.
De todas formas, la relación entre las micorrizas y la arquitectura de las plantas sigue siendo un asunto en estudio. “Me atrevo a hipotetizar que sí, al tener una relación evolutiva, los hongos algo le tienen que decir a la raíz. El tema de los pelos radiculares es increíble; efectivamente son muy abundantes cuando no hay micorrizas. Y si dejamos a las micorrizas fuera, igual las plantas tienen raíces distintas, que llegan más al fondo. Otras crecen solo en superficie. Entonces, es un fenómeno multifactorial que depende tanto de la biología de la planta como todo eso que interactúa con la planta: los hongos, el suelo, alguna enfermedad, etc. Yo me atrevería a decir que los hongos afectan la arquitectura. ¿Cómo? No lo tenemos claro todavía, pero creemos que tiene que ver con cuántas raíces finas hay, hasta dónde llega y si genera pelos radiculares o no”, aclara Patricia.
La importancia de conocer lo que pasa en el suelo
Las raíces son un gran mundo del que todavía falta por conocer. Muchas veces, un sistema radicular completo y sus formas comprenden mucho más que el tamaño de una planta, como lo muestran los dibujos de Erwin Lichtenegger. Por ello, tal como dice la académica, conocer lo que está pasando bajo las plantas “permite contar mejor su historia y tomar mejores decisiones”.
“Desde que empezamos a mirar las raíces empezamos a fenómenos que se ven en la superficie, que se explican por lo que pasa en el suelo. El más simple es que las plantas que tienen micorrizas, en ciertas condiciones ambientales, crecen más de forma aérea que por debajo. Y quizás, antes pensaron que simplemente hacían más fotosíntesis”, añade.
Por su lado, Karen apunta a que “conocer cómo se distribuye el sistema radicular de una especie, el largo de sus raíces, la profundidad que alcanzan y la cantidad de biomasa de raíces activas, es importante cuando hay que definir cuando uno está alterando o no su hábitat. Es decir, la superficie me asegura que no estoy alterando el hábitat de la especie, y no definir esta superficie buffer sólo en base a la parte aérea y haciendo supuestos sobre la parte radicular. También el conocer si hay modificaciones o no del sistema radicular cuando esta especie enfrenta estreses como el hídrico, mecánico u otro, nos permite hacer mejores diseños las actividades culturales para la especie en cuestión”.