A primera vista, es difícil ver qué tienen en común el oro, el hierro, el plomo, el arsénico, la plata, el platino y el estaño. Una mirada a la tabla periódica aclarará la confusión:todos son metales pesados, típicamente clasificados como aquellos metales con un peso atómico y una densidad al menos cinco veces mayor que el agua.

Estos y otros metales pesados ​​se encuentran naturalmente en el medio ambiente y, en algunos casos, en nuestros cuerpos. En su mayoría se consideran inofensivos, pero a ciertos niveles de exposición pueden ser tóxicos para la vida humana, vegetal y animal. Estar sobreexpuesto a metales pesados ​​puede atrofiar el crecimiento de las plantas y reducir la producción de semillas.

Algunas plantas han desarrollado rasgos que aumentan su tolerancia a los metales pesados. Muchos investigadores, entre ellos yo mismo, creemos que comprender y aprovechar estos rasgos evolutivos puede permitirnos proteger los cultivos agrícolas de los efectos nocivos de la toxicidad de los metales pesados.

Mi investigación se centra en mejorar la tolerancia de las plantas a los metales pesados, lo cual es particularmente importante en un país como Sudáfrica, donde las actividades mineras contaminan los suelos. Estos suelos son críticos para la agricultura.

Incluso las plantas de la misma familia utilizan diferentes estrategias para hacer frente a los metales. Algunos toman los metales en sus raíces y los transfieren a sus hojas; otros toman los metales y los mantienen (inmóviles) en sus raíces. Esto es importante para la seguridad alimentaria y la inocuidad de los alimentos, ya que queremos plantas que puedan limitar la absorción de metales en sus partes comestibles. Sin embargo, como mis colegas y yo describimos en un artículo de revisión reciente, no es una tarea fácil aprovechar estas estrategias.

Exposición y riesgo

El estrés o la toxicidad de los metales pesados ​​en las plantas ocurre cuando están expuestas a los metales pesados ​​en el suelo.

Esa exposición suele ser el resultado de desechos y contaminantes de actividades humanas como la agricultura, la minería y la industria. En Sudáfrica, la minería ha sido uno de los principales culpables de la contaminación por metales pesados.

Esto inhibe el crecimiento de las plantas o su capacidad para convertir la luz solar en energía esencial a través de la fotosíntesis. O puede afectar la forma en que asimilan los nutrientes o cómo responden a la sequía o a los patógenos dañinos.

Esto tiene implicaciones para la producción de cultivos alimentarios. Los estudios en todo el mundo han encontrado que la toxicidad de los metales pesados ​​puede reducir el rendimiento de los cultivos, así como su calidad. Las plantas medicinales también pueden verse afectadas por los metales pesados.

Cómo lo hacen las plantas

Las plantas han desarrollado algunos mecanismos para defenderse de los efectos de los metales pesados. I study one of these:signaling mechanisms that plants use to control the uptake of heavy metals—their "immune" response to heavy metals.

In much the same way as the human immune system is alerted to, monitors and responds to a pathogen, plants have evolved signaling mechanisms that help them to regulate their tolerance to heavy metals.

These signaling mechanisms are impressive. For example, plants can trigger signaling events to release low-molecular-weight ligands (ions or molecules) that tightly bind to the heavy metals and prevent them from moving from the roots.

But they're far from perfect. As human viruses like HIV and SARS-CoV-2 (the coronavirus behind COVID-19) have shown, certain pathogens can short-circuit the immune system. Heavy metals can do the same to the plant's signaling mechanisms by mimicking essential nutrients; for instance, the metal vanadium resembles phosphate.

Heavy metals like copper have also been shown to damage the membrane integrity of the cell walls in the roots of plants. Similarly, heavy metals can disrupt the construction of these cell walls; weakened walls make the cell lose structural integrity, which exposes the cellular membranes and causes cell death.

Heavy metals can also impair the work of the plasma membrane, which regulates the transport of material in and out of the plant cells. This blocks the uptake of essential nutrients by negating the function of numerous transporter proteins at work in the plasma membranes.

Useful lessons

Despite their shortcomings, these signaling mechanisms are powerful. That's why I study them:if we can tap into the way in which plants adapt to the threats from heavy metals, there's a chance that soil contaminated with heavy metals can be rejuvenated through the use of the right plants, or that this tolerance can be passed on to other plants, including food crops.

Our ongoing work, and that of others, is promising, but it's still early days. Perhaps one day soon, plants' clever adaptations will signal a change in how we deal with heavy metal toxicity. + Explora más

Exploring sources of heavy metals in atmospheric aerosols in the southeast Tibetan Plateau

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.