viernes, 22 de noviembre de 2013

La física al servicio de las plantas



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El medio terrestre fue y sigue siendo un medio favorable para la vida de las plantas, ya que permite un mejor abastecimiento de aquellos gases que les son indispensables para vivir, como el anhídrido carbónico y el oxígeno, del que proporciona por ejemplo el medio acuático. Al mismo tiempo tiene un aspecto desfavorable que condiciona la existencia de todos los organismos terrestres: la pérdida de agua de los tejidos y el consiguiente riesgo de deshidratación. Para evitar la evaporación masiva y la desecación del organismo, las plantas terrestres han cubierto su exterior con sustancias impermeables a los líquidos y a los gases, la cutina (específica de las partes verdes) y el corcho (que reviste las partes leñosas, como el tallo).

Fisica plantas

Esta cobertura se interrumpe en los estomas, aberturas de las hojas que son necesarias para que tengan lugar los intercambios gaseosos con el medio. A través de ellos, el agua se evapora continuamente (transpiración): más del 95% del agua absorbida del suelo es emitida a la atmósfera en forma de vapor.

En las plantas más simples, en realidad hasta la categoría de los musgos, los mecanismos de transporte aún se rigen por procesos lentos de difusión, ósmosis o, a lo sumo, transporte activo contra gradiente de concentración. En los vegetales superiores denominados plantas vasculares, existen en cambio diversificados mecanismos de conducción que obedecen a la triple necesidad de permitir el transporte de las moléculas gaseosas utilizadas en la fotosíntesis y en la respiración, un transporte de agua desde las raíces a las hojas y un transporte de moléculas orgánicas desde las hojas a las raíces o, en caso de una producción muy abundante, desde las hojas a los órganos de reserva. El sistema de transporte gaseoso, regulado hacia el exterior por los estomas y las lenticelas, está formado principalmente por los espacios intercelulares presentes en la hoja, órgano de la fotosíntesis; el movimiento de los gases se produce por fenómenos de difusión pasiva. Los otros dos tipos de transporte tienen vías de comunicación bien definidas e independientes que se realizan gracias a fuerzas motoras de distinta naturaleza que se integran recíprocamente.

Para comprobar que el agua sube por el tallo se puede realizar un experimento muy sencillo: si se toma la flor del claves blanco y se sumerge el tallo en agua ligeramente coloreada, al cabo de poco tiempo se observa que la flor se va tiñendo, al haberse expandido el colorante a través de sus nervaduras. Otro sencillo experimento permite probar que es el tejido leñoso el que realiza esta función: si se elimina la corteza y el líber adherido a un vástago fresco de vid y se le sumerge en un recipiente lleno de agua, se observa que las hojas no se marchitan. Estas dos pruebas demuestran que la savia bruta sube, pero aún queda por probar cómo ésta logra vencer la gravedad, en especial en plantas muy altas.

Los botánicos aún no han logrado dar con una explicación exhaustiva, aunque hay datos que contribuyen a aclarar el fenómeno. En la zona cortical de la raíz las células más próximas al cilindro central tienen una presión osmótica mayor que la de las células periféricas, y por tanto el agua es succionada hacia el interior. Existe además una presión radical que empuja a los líquidos hacia arriba: se trata de otro fenómeno osmótico debido al incremento de la concentración de las soluciones que circulan en los vasos.

La transpiración es de todas maneras la principal fuerza que mueve el agua en la planta. Las células de la hoja al transpirar ejercen una fuerza de aspiración que determina la formación de una compacta y fina "columna líquida" que asciende de forma continua por los vasos leñosos, gracias a la estrechez de los mismos (los vasos más anchos no llegan al milímetro). En unas estructuras tan finas, la cohesión entre las moléculas de agua y las paredes de los conductos leñosos permite que se forme una fina e ininterrumpida columna acuosa. Es fácil comprobar la existencia de este transporte de fluidos resecando el extremo de una planta: en una palmera de dátiles fluyen casi diez litros de agua por día. Tras la fotosíntesis, en las hojas se formará la savia elaborada que, al descender por los tubos cribosos del líber, llega a todas células vivas del cuerpo vegetal.

Malpighi, con su famoso experimento del anillo proporcionó la demostración práctica de este tipo de circulación descendente de las moléculas orgánicas. Al eliminar un anillo de corteza de un tallo fino hasta alcanzar el cambium, se forma una hinchazón a lo largo del borde del margen superior de la herida creada, resultado del bloqueo de la savia elaborada, que no ha sido capaz de proseguir su camino hacia la parte inferior de la planta.

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