Tres años después de la peor sequía registrada, los agricultores de California han tomado medidas para hacer frente a la falta de agua. Algunos agricultores han perforado nuevos pozos en las profundidades del suelo. Otros están dejando los campos en barbecho, esperando la sequía hasta que haya suficiente agua de nuevo para sembrar sus cultivos. Otros agricultores se han mudado a lugares más verdes y húmedos.
Cuando la naturaleza no proporciona suficiente agua, los agricultores utilizan su cerebro, fuerza y mucha tecnología para encontrar soluciones. Por inteligentes que parezcan esas soluciones, pocas son realmente tan nuevas. Muchas plantas del desierto dependen de estrategias similares para vencer la sequía, y lo han hecho durante miles, si no millones de años.
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En los desiertos del suroeste de los Estados Unidos y el norte de México, las plantas nativas han ideado trucos increíbles para sobrevivir e incluso prosperar. Increíblemente, estas plantas se enfrentan rutinariamente a condiciones penosamente secas. Aquí, las plantas pueden pasar un año sin ver una gota de lluvia.
La forma en que se las arreglan ha atraído el interés de los científicos. Estos investigadores están descubriendo todo tipo de estrategias utilizadas por las plantas del desierto para sobrevivir y reproducirse. Por ejemplo, el mezquite cuenta con encontrar mejores condiciones en otros lugares. En lugar de moverse, lo que no puede hacer por sí sola, esta planta depende de los animales para comer sus semillas y luego dispersarlas con sus heces. Mientras tanto, el arbusto de creosota se asocia con microbios en el suelo. Esos microbios lo ayudan a sobrevivir al estrés real de vivir en un clima cálido y seco persistente. Y muchas flores silvestres juegan con sus semillas de una manera que les puede ayudar a sobrevivir, y superar, incluso la peor sequía.
Cavar profundo en busca de agua
El desierto de Sonora se encuentra en Arizona, California. y el norte de México. Las temperaturas diurnas de verano a menudo superan los 40 ° Celsius (104° Fahrenheit). El desierto se enfría en invierno. Las temperaturas por la noche ahora pueden caer por debajo del punto de congelación. El desierto es seco la mayor parte del año, con estaciones lluviosas en verano e invierno. Sin embargo, incluso cuando llegan las lluvias, el desierto no recibe mucha agua. Así que una forma en que estas plantas se han adaptado es cultivar raíces muy profundas. Esas raíces aprovechan las fuentes de agua subterránea muy por debajo de la superficie del suelo.
El mezquite de terciopelo (Prosopis velutina) es un arbusto común en el desierto de Sonora. Sus raíces pueden hundirse más de 50 metros (164 pies). Es más alto que un edificio de 11 pisos. Esto puede ayudar a saciar la sed de un mezquite adulto, un arbusto relacionado con los frijoles. Pero las plántulas deben encontrar una solución diferente a medida que comienzan a brotar.
Antes de que una semilla pueda echar raíces, debe aterrizar en un buen lugar para crecer. Dado que las semillas no pueden caminar, dependen de otros métodos para expandirse. Una forma es cabalgar por los vientos. El Mezquite tiene un enfoque diferente.
Cada una de estas plantas produce cientos, incluso miles, de semilleros. Las vainas se parecen mucho a las judías verdes, pero tienen un sabor dulce y azucarado. También son muy nutritivos. Los animales (incluidas las personas) pueden comer vainas de mezquite secas. Sin embargo, las semillas en sí, que crecen dentro de las vainas dulces, son duras como una roca. Cuando los animales comen las vainas, la capa dura de las semillas permite que muchas de ellas escapen al aplastamiento al masticarlas. Las semillas duras viajan hasta el intestino. Eventualmente, salen del otro lado, en caca. Dado que los animales a menudo están en movimiento, pueden arrojar las semillas por todo el desierto.
Comer ayuda al mezquite de una segunda manera, también. La capa dura de sus semillas también dificulta la entrada de agua en ellas. Y eso es necesario para que broten las semillas. Pero cuando un animal come una vaina, los jugos digestivos en su intestino rompen la capa de las semillas. Cuando esas semillas finalmente se excreten en las heces del animal, por fin estarán listas para crecer.
Por supuesto, para crecer bien, cada semilla de mezquite aún necesita aterrizar en un buen lugar. El mezquite generalmente crece mejor cerca de arroyos o arroyos. Los arroyos son arroyos secos que se llenan de agua por un corto tiempo después de las lluvias. Si un animal va al arroyo a tomar una copa y luego hace su trabajo cerca, la semilla de mezquite está de enhorabuena. Las heces del animal también proporcionan a cada semilla un pequeño paquete de fertilizante para cuando comience a crecer.
Echar raíces
Después de que un animal esparce semillas de mezquite por el desierto, las semillas no brotan de inmediato. En cambio, están al acecho de las lluvias, a veces durante décadas. Una vez que llueva lo suficiente, las semillas brotarán. Ahora, se enfrentan a una carrera contra el reloj. Esas semillas deben echar raíces profundas rápidamente antes de que el agua se seque.
Steven R. Archer estudia cómo funciona esto. Es ecologista en la Universidad de Arizona en Tucson. Está en el corazón del desierto de Sonora. «Estudio los sistemas ecológicos, es decir, las plantas y los animales, los suelos y el clima, y cómo interactúan entre sí», explica.
El desierto de Sonora no recibe lluvias largas y sostenidas, señala. La mayor parte de la lluvia cae en ráfagas cortas. Cada uno puede entregar suficiente agua para mojar la pulgada superior (2,5 centímetros) de tierra. «Pero durante ciertas épocas del año», señala Archer, » recibimos bastantes de esos pulsos de agua.»Un pulso es una breve ráfaga de lluvia. Puede durar de unos minutos a una hora.
Archer y su equipo querían ver cómo dos especies de plantas responden a estos pulsos. Los expertos trabajaron con mezquite de terciopelo y un arbusto relacionado, la acacia en uña de gato (Acacia greggii). En las pruebas, los científicos rociaron semillas con cantidades variables de agua. Lo entregaron en cantidades variables de pulsos. Más tarde, midieron la rapidez con la que brotaron las semillas y crecieron raíces.
Una tormenta que cae 2 centímetros (0.8 pulgadas) de lluvia proporciona agua más que suficiente para que germinen las semillas de un arbusto de mezquite o acacia. Esa cantidad de lluvia puede mantener mojados los 2,5 centímetros superiores de tierra durante 20 días.Ese período es crucial. Cada plántula «tiene que tener una raíz lo suficientemente profunda las primeras semanas después de germinar para sobrevivir al largo período seco que inevitablemente vendrá», explica Archer. En el desierto de Sonora, de hecho, una cuarta parte de todas las plantas perennes, plantas que viven muchos años, mueren en los primeros 20 días después de germinar.
Dentro de un invernadero, los científicos plantaron semillas de mezquite de terciopelo y acacia de uña de gato. Luego los empaparon con entre 5,5 y 10 centímetros (2,2 y 3,9 pulgadas) de agua durante 16 o 17 días. Al final del experimento, los científicos midieron el crecimiento de las plantas.
Semillas de mezquite germinaron rápidamente. Brotaron después de 4.3 días, en promedio. Las semillas de acacia, por el contrario, tardaron 7,3 días. El mezquite también creció raíces más profundas. Para las plantas que recibieron la mayor cantidad de agua, las raíces de mezquite crecieron a una profundidad promedio de 34,8 centímetros (13,7 pulgadas), en comparación con solo 29.5 centímetros para la acacia. En ambas especies, las raíces se alargaban con cada centímetro de agua adicional que recibían las plantas. La acacia creció más por encima del suelo; el mezquite puso la mayor parte de su energía en cultivar una raíz profunda lo más rápido posible.
Cultivar una raíz profunda muy rápido ayuda a asegurar la supervivencia de un mezquite. Un estudio analizó un tipo diferente, el mezquite de miel (P. glandulosa). La mayoría de las plantas jóvenes de esta especie que sobrevivieron a sus primeras dos semanas después de la germinación sobrevivieron durante al menos dos años. Ese estudio se publicó el 27 de enero de 2014 en PLOS ONE.
Bacterias amigables con las plantas
Otra planta común del desierto, el arbusto de creosota, ha adoptado una estrategia de supervivencia diferente. No se basa en raíces profundas en absoluto. Aún así, la planta es un verdadero sobreviviente del desierto. Se estima que el arbusto de creosota más antiguo, una planta en California llamada el Clon Rey, tiene 11.700 años de antigüedad. Es tan viejo que cuando germinó por primera vez, los humanos apenas estaban aprendiendo a cultivar. Es mucho más antigua que las pirámides del antiguo Egipto.
También conocida como Larrea tridentata, esta planta es extremadamente común en grandes áreas de los desiertos de Sonora y Mojave (moh-HAA-vee). (El Mojave se encuentra al norte de Sonora, y cubre partes de California, Arizona, Nevada y Utah. Las hojas pequeñas y aceitosas del arbusto de creosota tienen un olor fuerte. Tocarlos dejará las manos pegajosas. Al igual que el mezquite, la creosota produce semillas que pueden convertirse en nuevas plantas. Pero esta planta también depende de una segunda forma de mantener su especie en marcha: se clona a sí misma.
La clonación puede sonar como algo de una película de Star Wars, pero muchas plantas pueden reproducirse de esta manera. Un ejemplo común es la patata. Una patata se puede cortar en trozos y plantar. Siempre que cada pieza incluya una abolladura llamada «ojo», debería crecer una nueva planta de papa. Producirá patatas nuevas que son genéticamente iguales a la patata madre.
Después de que una nueva planta de creosota viva unos 90 años, comienza a clonarse a sí misma. A diferencia de una papa, los arbustos de creosota crecen nuevas ramas de sus coronas, la parte de la planta donde sus raíces se unen con el tronco. Estas nuevas ramas luego desarrollan sus propias raíces. Esas raíces anclan las nuevas ramas de 0,9 a 4,6 metros (3 a 15 pies) en el suelo. Eventualmente, las partes más antiguas de la planta mueren. El nuevo crecimiento, ahora anclado en sus propias raíces, sigue vivo.
A medida que la planta madura, forma un círculo grande e irregular. En el centro, las partes viejas y muertas de la planta de creosota se pudren. Nuevos clones crecen y echan raíces alrededor del perímetro.
David Crowley es microbiólogo ambiental en la Universidad de California, Riverside. Estudia los seres vivos del medio ambiente que son demasiado pequeños para verlos sin un microscopio. En 2012, quería aprender cómo el Clon Rey pudo haber vivido durante tanto tiempo con raíces tan superficiales.
Esta planta «está ubicada en un área donde a menudo no llueve durante todo un año», señala Crowley. «Y sin embargo, esta planta está ahí fuera, sobreviviendo durante 11,700 años en las condiciones más extremas: suelo arenoso, sin agua, con pocos nutrientes disponibles. Hace mucho calor.»Su equipo quería buscar bacterias del suelo que pudieran ayudar a promover el crecimiento de las plantas.
Crowley y su equipo estudian cómo las bacterias benefician a las plantas. Desarrollaron la hipótesis de que muchas bacterias diferentes viven cerca de las raíces del Clon Rey y que ayudan a mantener vivo el antiguo arbusto de creosota.
Para averiguarlo, los científicos cavaron alrededor de las raíces del Rey Clon. Luego, los expertos identificaron las bacterias que viven en este suelo. Lo hicieron estudiando el ADN de los gérmenes. La mayoría de las bacterias eran tipos que ayudan a las plantas a crecer de diferentes maneras. Parte de la salud de la planta, concluye Crowley, puede rastrearse a aquellos «microorganismos especialmente buenos en sus raíces.»
Algunas de las bacterias producen hormonas de crecimiento de las plantas. Una hormona es una sustancia química que indica a las células cuándo y cómo desarrollarse, crecer y morir. Otras bacterias en el suelo pueden combatir los gérmenes que enferman a las plantas. Los científicos también encontraron bacterias que interfieren con la respuesta de una planta al estrés.
El suelo salado, el calor extremo o la falta de agua, todo puede estresar a una planta. Cuando está estresada, una planta puede responder enviándose un mensaje de que » debe dejar de crecer. Simplemente debería aferrarse y tratar de sobrevivir», señala Crowley.
Las plantas alertan a sus tejidos produciendo gas de etileno (ETH-uh-leen). Las plantas producen esta hormona de una manera extraña. Primero, las raíces de una planta producen una sustancia química llamada ACC (abreviatura de ácido 1-aminociclopropano-l-carboxílico). Desde las raíces, el ACC sube por una planta, donde se convertirá en gas de etileno. Pero las bacterias pueden interrumpir ese proceso consumiendo el ACC. Cuando eso sucede, la planta nunca recibe su propio mensaje de dejar de crecer.
Si el estrés empeorara demasiado, con poca agua o temperaturas muy, muy altas, este crecimiento continuo causaría la muerte de la planta. Sin embargo, si el estrés es lo suficientemente pequeño, entonces la planta sobrevive bien, aprendió el equipo de Crowley. Publicó sus hallazgos en la revista Microbial Ecology.
Flores de juego
El mezquite y la creosota son plantas perennes. Eso significa que estos arbustos viven por muchos años. Otras plantas del desierto, incluyendo muchas flores silvestres, son anuales. Estas plantas viven un solo año. Eso les deja una sola oportunidad de producir semillas antes de morir.
Ahora imagine si cada una de esas semillas germinara después de una tormenta. Si se produjera un período de sequía y todas las plántulas pequeñas murieran, la planta no se habría podido reproducir. De hecho, si eso le sucediera a cada planta de su tipo, sus especies se extinguirían.
Afortunadamente para algunas flores silvestres, eso no es lo que sucede, observa Jennifer Gremer. Es ecologista del Servicio Geológico de los Estados Unidos. Anteriormente, mientras trabajaba en la Universidad de Arizona en Tucson, estudió cómo las semillas de flores silvestres evitan tomar malas decisiones.»A veces, las personas que hacen apuestas utilizan la misma estrategia. Sin embargo, con las plantas, la estrategia no se trata de ganar dinero. Se trata de la supervivencia de su especie.
Los apostantes a veces cubren una apuesta. Esa es una manera de intentar limitar su riesgo. Por ejemplo, si le hubieras apostado a un amigo 5 5 a que los Reales de Kansas City ganarían la Serie Mundial de 2014, habrías perdido todo tu dinero. Para cubrir su apuesta, podría haber apostado a otro amigo 2 2 a que los Reales perderían la Serie Mundial. De esa manera, cuando la Realeza perdió, perdiste 5 5 pero ganaste 2 2. Eso puede haber dolido, pero probablemente no tanto como si hubiera perdido todos los 5 5.
Las flores silvestres del desierto de Sonora también cubren sus apuestas. La apuesta que están haciendo es: «Si cultivo este año, puedo producir más semillas antes de morir.»
Imagine que una flor silvestre del desierto produce 1.000 semillas que caen al suelo. El primer año, solo 200 de las semillas germinan. Esa es la apuesta. Las otras 800 semillas son su seto. Sólo mienten y esperan.
Si ese primer año es muy lluvioso, las 200 semillas podrían tener una buena oportunidad de convertirse en flores. Cada uno a su vez puede producir más semillas. Sin embargo, si el año es muy seco, muchas, si no la mayoría, de las semillas que germinaron morirán. Ninguna de estas semillas, entonces, consiguió reproducirse. Pero gracias al seto, la planta tiene una segunda oportunidad. Todavía tiene 800 semillas más en el suelo, cada una capaz de crecer el próximo año, el año siguiente o tal vez una década después. Cuando llueve.
La cobertura tiene sus riesgos. A las aves y a otros animales del desierto les gusta comer semillas. Por lo tanto, si una semilla se sienta en el suelo del desierto durante muchos años antes de crecer, podría comerse.
El seto de flores silvestres
Gremer y su equipo querían saber cómo 12 plantas anuales comunes del desierto cubrían sus apuestas. Los expertos calcularon qué parte de las semillas germinaban cada año. También contaron qué parte de semillas no germinadas sobrevivieron en el suelo. (Por ejemplo, algunas semillas terminan siendo comidas por los animales.)
Por suerte, otro ecologista de la Universidad de Arizona, Lawrence Venable, había estado recopilando datos sobre semillas de flores silvestres durante 30 años. Él y Gremer usaron estos datos para un nuevo estudio.
Cada año, Venable muestreaba suelo desértico y luego contaba las semillas de cada especie de flor en él. Estas representaban semillas que aún no habían germinado. Después de cada lluvia, su equipo contó cuántas plántulas germinaron. Venable observaría las plántulas durante el resto de la temporada para ver si colocaban semillas propias. Gremer utilizó estos datos para calcular cuántas semillas germinaron cada año y, finalmente, cuántas de ellas finalmente produjeron más semillas.
Sospechaba que si una especie de flor del desierto es muy buena para sobrevivir, la mayoría de sus semillas germinarían cada año. Y sus sospechas resultaron correctas.
Usó matemáticas para anticipar cuántas semillas de cada planta germinarían cada año si la planta estuviera utilizando la mejor estrategia posible para la supervivencia. Luego comparó sus conjeturas con lo que realmente hicieron las plantas. Con este método, confirmó que las plantas habían estado cubriendo sus apuestas después de todo. A algunas especies les fue mejor que a otras. Ella y Venable describieron sus hallazgos en la edición de marzo de 2014 de Ecology Letters.
Filaree (Erodium texanum) cubrió sus apuestas solo un poco. Esta planta produce «semillas grandes y deliciosas» que a los animales les gusta comer, explica Gremer. También es mejor que muchas otras plantas anuales del desierto para sobrevivir sin mucha agua. Cada año, alrededor del 70 por ciento de todas las semillas de filaree germinan. Después de todo, si las sabrosas semillas permanecían en el suelo, los animales podrían comerse la mayoría de ellas. En cambio, cuando las semillas brotan, tienen una buena probabilidad de sobrevivir y reproducirse. Es el seto de esta planta.
Un pariente muy pequeño del girasol adopta el enfoque opuesto para cubrir sus apuestas. Llamado tabaco de conejo (Evax multicaulis), los animales rara vez comen sus semillas muy pequeñas, que parecen granos de pimienta. Así que esta planta puede apostar a dejar sus semillas en el suelo del desierto. De hecho, cada año, solo del 10 al 15 por ciento de sus semillas germinan. Y cuando una planta lo hace, y sobrevive en el desierto el tiempo suficiente para producir semillas, produce montones y montones de semillas. De hecho, hace mucho más de lo que hace un filaree.
La falta de agua dificulta el crecimiento de las plantas. Eso es algo que los agricultores de California han visto muy bien en los últimos tres años de sequía. En los desiertos del suroeste de los Estados Unidos, la sequía es una característica permanente de la vida; sin embargo, allí, muchas plantas aún prosperan. Estas plantas tienen éxito porque han evolucionado diferentes formas de germinar, crecer y reproducirse.
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