Los científicos han asumido durante mucho tiempo que los azúcares que nutren a los árboles son empujados por la presión del agua desde las hojas donde se crean hasta los tallos y raíces donde se necesitan.

Pero, ¿cómo logran esa tarea los árboles más altos? dadas las distancias más largas que deben viajar los nutrientes y la mayor fuerza que parece necesaria para transportarlos?

Un equipo de científicos de nueve miembros, principalmente de Harvard, descubrió una respuesta con un estudio reciente cuyos hallazgos también podrían ayudar a poner fin a un debate de larga data sobre la dinámica involucrada en el transporte de azúcar en los árboles. El estudio, cuyos resultados se detallan en la edición del 4 de diciembre de la revista Plantas de la naturaleza , determinó que la resistencia hidráulica al movimiento de la savia rica en azúcar hacia abajo de las hojas no aumenta con la altura del árbol tanto como se esperaría, debido a las características físicas del sistema de transporte.

También encontraron que "las presiones que se desarrollan en las hojas de un roble rojo maduro son suficientes para impulsar el transporte de azúcares hasta las raíces, "dijo Noel Michele Holbrook, miembro del equipo de investigación que es profesor de biología y profesor Charles Bullard de silvicultura en el Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva de Harvard.

"Ahora tenemos evidencia de que todas las plantas, tanto pequeñas como altas, utilizan el mismo mecanismo para transportar azúcares, ", Dijo Holbrook." Y ahora entendemos cómo los árboles pueden crecer sin encontrarse con las limitaciones de transporte asociadas con su tamaño. Nuestra investigación responde a un debate de varias décadas sobre cómo se transportan los azúcares en los árboles ".

El estudio es una consecuencia de una colaboración iniciada en 2011 entre Holbrook y Michael Knoblauch, biólogo de células vegetales de la Universidad Estatal de Washington. Knoblauch lideró el desarrollo de los instrumentos utilizados en la investigación, mientras que las mediciones se realizaron en gran parte en Harvard.

Además de Holbrook y Knoblauch, Los principales contribuyentes del proyecto fueron Jessica Savage, un ex estudiante postdoctoral de Harvard y Putnam Fellow en el Arnold Arboretum que ahora es profesor asistente en la Universidad de Minnesota, y Kaare Jensen, un ex estudiante postdoctoral de Harvard que ahora es profesor asociado en la Universidad Técnica Danesa en Copenhague.

La investigación se llevó a cabo principalmente en Harvard Forest en Petersham, Masa., y en el Arnold Arboretum, gran parte de ella data del período de Knoblauch como Bullard Fellow en Harvard en 2013-14, según Holbrook, quien está de año sabático en la Universidad de Tasmania en Australia. Otros cinco miembros del equipo son Ph.D. estudiantes o becarios postdoctorales en Harvard.

"Queríamos entender cómo los árboles superan la penalización hidráulica del aumento de tamaño, el simple hecho de que se necesitaría más energía para transportar materiales a distancias más largas, “Dijo Holbrook. El equipo también quería determinar si los árboles usan los mismos mecanismos de transporte que las plantas más pequeñas.

Holbrook dijo que los azúcares generados en la fotosíntesis se concentran en "floema, "el tejido vegetal utilizado para conducirlos hacia abajo desde el dosel de los árboles. El azúcar concentrado extrae agua por ósmosis, acumulando turgencia positiva, o presión de agua, dentro de las células. Eso, a su vez, "lleva la savia rica en azúcar hacia los lugares donde se utilizan los azúcares".

“El problema es que los modelos sugirieron que la resistencia hidráulica para el transporte de la savia del floema requeriría gradientes de presión muy grandes en árboles altos, ", dijo. Eso provocó debates sobre" si este mecanismo era suficiente para explicar el transporte de floema en esos árboles ". Algunos científicos han sugerido que existen mecanismos para agregar energía a lo largo de la ruta.

El equipo de investigación tomó amplias medidas de la estructura de los tubos conductores de azúcar a lo largo de muchos árboles. al mismo tiempo que mide la resistencia hidráulica en estos tubos.

"Para probar el floema, uno de los tejidos más delicados y fáciles de herir de la planta, tuvimos que cortar la corteza exterior. En los grandes tallos hicimos esto usando un martillo y un cincel, no herramientas que usamos normalmente en el laboratorio, "Dijo Holbrook. El equipo también midió las presiones en las hojas de un árbol alto usando un microscopio fluorescente que izaron en el dosel del árbol.

"Descubrimos que la resistencia a mover la savia del floema rica en azúcar no aumenta linealmente con la longitud de transporte porque las células de transporte del floema en el tallo principal, especialmente hacia la base, eran más anchos y más largos y también tenían placas de tamiz más porosas, ", Dijo Holbrook." Por lo tanto, las presiones necesarias para impulsar el transporte de floema son mucho más bajas de lo que se había previsto ".

Ella dijo que los hallazgos del estudio tienen implicaciones importantes para la producción de alimentos.

"La mayoría de los alimentos generados por la fotosíntesis se mueven a través del floema, ", dijo." Si hay formas de hacer que las plantas sean más productivas en términos de tener una fotosíntesis más alta, entonces también necesitarán la capacidad de transportar esos azúcares a los tejidos que comemos. Por lo tanto, comprender cómo las plantas crean sistemas de transporte eficientes podría contribuir al desarrollo de cultivos de mayor rendimiento y árboles más productivos ".

Esta historia se publica por cortesía de Harvard Gazette, Periódico oficial de la Universidad de Harvard. Para noticias universitarias adicionales, visite Harvard.edu.