La resurrección de los helechos
Según una nueva investigación, la capacidad de algunas plantas de volver a la vida, después de tolerar el déficit hídrico extremo, estaría relacionada con el perfil lipídico de sus membranas.
La falta de agua es una de las situaciones de estrés más comunes y perjudiciales para la gran mayoría de las plantas. Sin embargo, algunas son capaces de sobrevivir exitosamente la pérdida de agua o desecación, recuperando completamente su integridad celular y funcional tras su rehidratación, como si nada hubiese pasado y por ello, son denominadas “plantas de resurrección”.
La familia de helechos Hymenophyllaceae (llamados “película”), se distribuye ampliamente en los bosques templados de Chile y Argentina. Está representada principalmente por especies epífitas, es decir, que viven sobre troncos de árboles, aunque también pueden crecen sobre rocas, cavernas, suelo de bosques húmedos y sitios cercanos a cursos de agua.
Se les llama “películas” porque sus hojas (frondas) son particularmente delgadas y están compuestas por sólo una capa de células, que, además, no tienen estructuras ni mecanismos para retener agua en su interior, sin embargo, son capaces de tolerar la falta de humedad, a niveles que son letales para la mayoría las plantas y proteger la integridad celular durante la desecación, reanudando su metabolismo normal tras la rehidratación.
Comprender cómo algunas especies preservan la funcionalidad de la membrana en tejidos y células bajo eventos de desecación es de suma importancia. Aunque en los últimos años, se han realizado progresos sustanciales en la comprensión de los mecanismos y estrategias de protección y/o reparación celular durante el ciclo de desecación-rehidratación de plantas de resurrección, su entendimiento sigue siendo incompleto.
Dado que los lípidos son componentes fundamentales de las membranas celulares y desempeñan un papel importante en su integridad y fluidez. La alteración en la composición de lípidos de las membranas se reportado como una respuesta importante de algunas plantas frente a las tensiones ambientales que ponen en riesgo la vida, como, por ejemplo, la escasez hídrica. Sin embargo, se desconoce si este fenómeno se replica en algunos helechos distribuidos en el sur de Chile.
Una nueva investigación caracterizó y comparó por primera vez la composición lipídica y la estabilidad de membrana de dos especies de helechos con distintos niveles de tolerancia a la desecación y preferencias de microhábitat: Hymenophyllum caudiculatum Mart., menos tolerante a la desecación y restringido a micrositios sombríos o húmedos en los estratos forestales inferiores; y Hymenophyllum plicatum Kaulf., más tolerante a la desecación y habitando desde el dosel (capa formada por las copas de los árboles) más bajo hasta el dosel superior en micrositios expuestos en bosques.
Para el estudio, el equipo de investigación seleccionó individuos vivos de las dos especies de helechos película desde una selva templada en el sur de Chile, específicamente desde el Parque Katalapi ubicado en la ciudad de Puerto Montt, región de los Lagos. Ambas especies de epífitas se obtuvieron hasta 1,5 m por encima de los estratos forestales inferiores con su sustrato natural que consiste en pequeños trozos de corteza y/o brunchs del árbol anfitrión, cada una de estas piezas fue considerada como una réplica biológica. Después de su recolección, las muestras fueron cuidadosamente transferidas a un laboratorio donde se mantuvieron en condiciones de crecimiento que imitaban su entorno natural.
Las muestras recogidas se aclimataron durante 4 semanas antes del comienzo de los experimentos de deshidratación. Se definieron tres puntos relativos al contenido de agua de las frondas (hidratado, desecado y rehidratado). Las frondas hidratadas se recogieron inmediatamente después del primer paso de riego en la madrugada, luego se detuvo el sistema de riego y después de 10 días se recogieron las frondas desecadas.
Posteriormente, las plantas fueron rehidratadas en tres pasos de riego por niebla de 2 min cada uno con un intervalo de 30 min. Se recolectaron al azar frondas provenientes de helechos con diferente tratamiento (hidratado, desecado y rehidratado) y se agruparon en tres muestras, en las que se evaluó el contenido relativo de agua y posteriormente almacenadas a 80 °C hasta su análisis.
Para la caracterización, las muestras fueron liofilizadas para eliminar toda el agua residual que pueda haber interferido en la extracción de lípidos. Los lípidos contenidos en cada muestra se extrajeron a través del método Bligh-Dyer de extracción liquida que combina dos fases, por medio de la homogenización de la muestra con cloroformo, metanol y agua. El material lipídico se encuentra en la fase no acuosa, mientras que el material no lipídico se encuentra en la fase acuosa. Posteriormente el contenido y caracterización de ácidos grasos en el extracto lipídico fue analizado por cromatografía de gases.
Los resultados muestran que el contenido relativo de agua disminuyó en forma similar en ambas especies de helechos cuando fueron sometidos a desecación. Sin embargo, H. plicatum alcanzó un mayor contenido relativo de agua que H. caudiculatum después de la rehidratación. Los perfiles mostraron la presencia de una cadena muy larga de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) durante el ciclo de desecación-rehidratación, siendo el ácido eicosatrienoico el más abundante. También la presencia de ácidos grasos saturados (SFA) y monoinstaurados (MUFA)
Además, el equipo de investigación también evaluó la integridad de la membrana a través de la permeación por yoduro de propidio y microscopía confocal. Este compuesto no puede a travesar la membrana a menos que esté dañada, si ingresa a las células se mezcla con el ADN y emite fluorescencia indicando que la integridad de la membrana está comprometida. Los resultados demostraron que, tras el ciclo de desecación-rehidratación, H. plicatum exhibió una mayor integridad de la membrana que H. caudiculatum . La falta de algunos ácidos grasos de cadena muy largas como C22:1n9 y C24:1n9 en esta especie en contraste con H. plicatum estaría asociada con la menor estabilidad de la membrana y con la incapacidad de este helecho para recuperar completamente la hidratación de la fronda durante el ciclo de desecación-rehidratación.
El equipo de investigación sugiere que estas diferencias podrían también desempeñar un papel en los diferentes niveles de tolerancia a la desecación y preferencias de microhábitat exhibidas por las especies de Hymenophyllaceae (unos habitan en la parte basal del tronco de árboles, y otros en las partes más altas), ya que el microambiente del árbol anfitrión, presenta un patrón de cambio vertical, donde factores como la temperatura, la disponibilidad de luz y la velocidad del viento aumentan; mientras que la humedad y la disponibilidad de nutrientes disminuyen simultáneamente con la altura del árbol anfitrión.
Este estudio publicado en la revista Plants proporciona la primera visión de la composición de ácidos grasos y la dinámica de la integridad de la membrana de los helechos película durante un ciclo de desecación-rehidratación.
Desentrañar los mecanismos que diferentes especies de plantas utilizan para tolerar la desecación es fundamental para entender cómo la vida puede continuar en condiciones extremas, incluyendo la falta de agua, proporcionando las bases para aplicaciones biotecnológicas. Por ejemplo, algunos descubrimientos, a partir del estudio de plantas de resurrección, han sido aplicados al desarrollo de vacunas que pueden almacenarse durante períodos de tiempo más largos y transportarse a lugares sin refrigeración o para mejorar la tolerancia a la sequía en algunos cultivos agrícolas.