El origen de las plantas con flor

Científicos logran desentrañar los secretos de cómo surgieron las plantas con flores

Una investigación de la revista Science da cuenta de cómo ha sido el desarrollo de la Amborella trichopoda.

La Tercera.com. 20/12/2013.

Nos asomamos a "La ventana" para rebuscar en el registro fósil y tratar de entender cómo surgieron las primeras plantas con flor. Un artículo de la revista Science arroja luz sobre el tema.

Amborella trichopoda

Antecedentes evolutivos del grupo

Las angiospermas son las plantas con flor que representan, actualmente, cerca del 90% de las plantas terrestres. Sus flores se ordenan en elementos distribuidos en espiral: los sépalos, los pétalos, los estambres y los carpelos. Estos elementos son realmente hojas estructural y fisiológicamente modificadas para proteger los gametos. En los carpelos se hallan los óvulos, contenidos en un ovario cerrado. Es decir, un pistilo que evoluciona a un fruto. En las gimnospermas como las coníferas los óvulos reciben directamente el polen, y la estructura de sus inflorescencias no tiene nada que ver con la clásica flor angiosperma que todos tenemos en mente.

Esta estructura diferencial de las angiospermas tuvo que surgir en algún momento del proceso evolutivo. Parece que las primeras plantas con flor divergieron de las gimnospermas a principios del Cretácico, hace unos 130 millones de años. Se trata de la última fase de la Era Secundaria, que ha pasado al imaginario colectivo como la era de los dinosaurios, debido a la presencia de estos grandes reptiles. El registro fósil nos indica que se diversificaron muy rápido. Desde Darwin la mayor parte de los científicos investigadores del medio natural aceptan la evolución en el marco de la selección natural: los organismos sufren mutaciones aleatorias en su genoma que les dotan de unas características especiales. Esas características pueden tener un mayor o menor éxito en un marco de competencia con otros organismos. En teoría, las más ventajosas persisten en la evolución. Hoy en día sabemos, no obstante, que existen muchos genes con una utilidad discutible o desconocida.

El propio Charles Darwin ya habló del "abominable misterio" de las angiospermas: toda su diversidad había aparecido en un intervalo de tiempo asombrosamente corto.

Partes de una flor. Los estambres son los órganos florales masculinos.
El gineceo o pistilo, con forma de botella, es el órgano floral femenino.

El estudio de Science

Un estudio de la Universidad de Colorado en Boulder ha sido publicado en Science recientemente. Los investigadores han trabajado con el genoma de la Amborella, una planta de los bosques tropicales de Nueva Caledonia en el Pacífico Sur. Lo curioso de Amborella es que apenas ha cambiado en 130 millones de años, en términos evolutivos. Su estructura reproductiva se mantiene genéticamente parecida a la que debió tener el ancestro de las actuales plantas con flor, y diferente a la de cualquier planta conocida.

La Amborella es un arbusto pequeño con diminutas flores verdoso-amarillas, y un fruto rojo, que sólo crece bajo el follaje de los bosques tropicales de Nueva Caledonia. Estas plantas son unisexuales, lo que significa que las flores que producen son todas masculinas o bien todas femeninas. Se requiere de la polinización cruzada entre las plantas para la producción de frutos.

Amborella tiene una célula estéril extra que acompaña a la célula del óvulo en la parte femenina de su aparato reproductor, conocido como saco embrionario. Se piensa que la singular configuración descubierta es una reliquia de la intensa actividad evolutiva en la historia de las angiospermas tempranas, y es el equivalente a encontrar el fósil de un anfibio con una pata extra. El nuevo saco embrionario es el primer tipo de aparato portador de óvulos descubierto en las plantas con flores en más de 50 años.

Los investigadores señalan que el genoma mitocondrial de la planta es enorme, compuesto por cerca de 4 millones de nucleótidos, que es aproximadamente 240 veces más grande que un genoma mitocondrial humano. Al parecer, gran parte de esta parte del genoma fue adquirida a través de la transferencia horizontal de genes con otros organismos, incluidos musgos y algas verdes, algo que probablemente ocurrió hace millones de años.

La principal conclusión del estudio, obtenida a partir de la secuencia de genoma de Amborella, es que el ancestro de todas las plantas con flor se desarrolló siguiendo un "evento de duplicación del genoma" que tuvo lugar hace unos 200 millones de años. Algunos genes duplicados se perdieron con el tiempo, pero otros asumieron nuevas funciones, incluyendo las contribuciones al desarrollo de los órganos florales. Es decir, de repente tenemos un ancestro con una enorme cantidad de genes de los cuales una parte se especializa en producir flores. 

Las angiospermas presentan una estructura floral característica
 a base de hojas modificadas

"Una de las cosas realmente interesantes sobre Amborella es que a pesar de que se ha cargado con todo este ADN extra, la mayor parte es basura ", dijo Andrew J. Alverson, uno de los líderes de esta investigación. "Los genes se degeneraron y no fueron funcionales, por lo que Amborella es un acaparador. Su genoma es un museo de ADN muerto", concluye.

Esto de alguna forma entronca con el "abominable misterio" de Darwin. La duplicación genética repentina del ancestro sería una "plastilina" perfecta para desarrollar diferentes fenotipos. "Por tanto, la duplicación del genoma puede ofrecer una explicación del "misterio abominable" de Darwin, el aparentemente brusco aumento de nuevas especies de plantas con flores en los registros fósiles que datan del periodo Cretácico", resalta Claude DePamphilis, de la Universidad Estatal de Pensilvania. "Las generaciones de científicos han trabajado para resolver este rompecabezas", agrega.

Por otra parte, "De la misma manera que la secuencia del genoma del ornitorrinco, un sobreviviente de un antiguo linaje, puede ayudar a estudiar la evolución de todos los mamíferos, la secuencia del genoma de Amborella puede ayudarnos a aprender acerca de la evolución de todas las flores", valora el investigador Victor Albert, de la Universidad de Buffalo.

Sobre la importancia de Amborella, Doug Soltis, de la Universidad de Florida, destaca que: "Debido a la posición filogenética fundamental de Amborella, es un genoma de referencia evolutiva que nos permite comprender mejor los cambios del genoma de esas plantas con flores que se desarrollaron más tarde, incluyendo la evolución del genoma de muchas plantas de cultivo, por lo que será esencial para la mejora de los cultivos".

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