Investigación del Ser Vivo: Drosera Entrega 3

Transcripción

1 Investigación del Ser Vivo: Drosera Entrega 3 Desafíos de la Ingeniería Sección 5 ING Grupo: 49 Profesor: Sergio Vera Natalia Bendersky F. 24 marzo del 2014 Introducción Drosera es uno de los géneros más extensos de las plantas carnívoras, comprendiendo 200 diferentes especies (Rivadavia 11). Proviene de la familia Droseraceae, y su nombre se deriva del griego drosos [δρόσος], que significa rocío gotas de rocío. Su nombre alude a las luminosas gotas de mucílago que se encuentran en el extremo de sus hojas, que resemblan el rocío de la mañana. En su generalidad, las plantas Drosera son perennes herbáceas (May). El tamaño y forma de crecimiento de estas especies varía según su hábitat. Estos podrían clasificarse en tres grandes zonas: templadas, subtropicales y tropicales, y por último, desérticas. Para sobrevivir temporadas calientes o frías, desarrollan tubérculos, hibernáculos, raíces de almacenamiento y/o hasta yemas de multiplicación vegetativa (Barthlott 97). Dependiendo de su tipo de crecimiento, el tamaño de las plantas Drosera puede variar entre los dos a setenta centímetros, por ejemplo (Crowder). El carácter carnívoro de estas plantas es de suma importancia, ya que habitan en lugares que carecen de las cantidades de nutrientes necesarias para su desarrollo, entre ellos: nitrógeno, fósforo y calcio. Por lo tanto, obtienen los nutrientes a través de sus presas: El rol carnívoro es un beneficio inmediato en ambientes pobres de nutrientes, y además que puede tener efectos a largo plazo tanto en el crecimiento y reproducción de las plantas (Krafft 12). Se encuentra en forma natural alrededor de todo el mundo, a excepción del continente Antártida. Específicamente se encuentra en zonas de turberas como ciénagas, pantanos, como también a los bordes de estanques y ríos, además, también se encuentra en el desierto. Dependiendo de su hábitat, las especies del género adoptan diversos tamaños y formas, por lo que Drosera tiene altas capacidades adaptativas. Por ejemplo, sobrevive en suelos con un ph de 7 (neutro), hasta 3 (lo más ácido). Asimismo, toleran temperaturas desde los 5ºC hasta 30ºC (Franco). 1

2 Características Néctar mucílago & Tentáculos El carácter carnívoro de las plantas de este género se explican de la siguiente manera. Los tallos de las Drosera contienen hojas que a su vez, están cubiertas por tentáculos, también conocidos como pelos glandulares o tricomas. A su vez, aquellas glándulas en la punta de los tentáculos secretan un mucílago que contiene: néctar atractivo, componentes adhesivos y enzimas digestivas (Rice). Por lo tanto, el néctar atrae a los insectos hacia los tentáculos de la planta. Una vez que el insecto posa sobre un tentáculo, se pega en él y ciertos estímulos provocan que todos sus pelos glandulares se doblen en la dirección de la presa, hasta que eventualmente la hoja completa está envuelta alrededor del insecto. Al mismo tiempo, las glándulas de los pelos comienzan a secretar el moco glutinoso que digiere al insecto (May). Se podría decir que los componentes del mucílago y su formación involucran funcionamientos químicos. La punta (cabeza), de cada tentáculo contiene una glándula néctar la cual produce glóbulos de pegajosas enzimas digestivas. Para poder capturar al insecto y provocar que éste quede atrapado en el mucílago sin posibilidad de escapar, éste néctar contiene lo siguiente. De partida, es ácido (generalmente de ph 5), y contiene polisacáridos. Por añadidura, se compone de iones de calcio, magnesio, sodio y potasio que ayudan a la digestión (Barthlott 106). Además, este mucílago contiene quitinasas, una enzima digestiva que rompe el exoesqueleto (compuesto de quitina), de los insectos. A su vez, las cadenas de quitina que se van rompiendo proveerán una fuente de nitrógeno para la planta. Drosera produce también proteasas, para digerir proteínas, junto a esterasas, peroxidasas y fosfatasas. De esta manera, la presa de la planta queda atrapada en este néctar y se comienza a asimilar en la cabeza del tentáculo, entregándole los nutrientes necesarios para que ésta subsista, que serán absorbidos por las glándulas sésiles (May). Por otro lado, los tentáculos de Drosera actúan al ser estimulados tanto con mecanismos biológicos como físicos. Anatómicamente, las hojas de Drosera se forman por dos tipos de tentáculos: unos bisimétricos que se extienden hacia fuera desde el plano de la lámina de la hoja, y unos segundos que son radialmente simétricos y se extienden hacia arriba desde la superficie superior de la hoja (Ragetli 160). Según el investigador Garry Nolan, en respuesta a su experimento sobre la reacción de los tentáculos frente a estímulos, éste concluye con sus resultados que los tentáculos son extremadamente sensibles y que los tentáculos periféricos son de hecho mucho más sensibles a estímulos biológicos que a otro tipo de estímulo. Inclusive, estos pueden flexionarse en un arco de 120º grados en sólo seis segundos, y hay especies de Drosera que llevan a cabo ese movimiento en hasta décimas de segundo (Nolan 81). Hace falta sólo un mínimo estímulo, como por ejemplo, el sentir la pata de un mosquito cercano, para que un potencial de acción se desate desde la cabeza del tentáculo hasta las células en la base de la hoja, las cuales efectúan desde ahí el movimiento foliar, conocido como sismonastia. Desde ese momento en adelante, las hojas de Drosera curvan sus tentáculos, que se pueden mover en cualquier dirección deseada, y envuelven a la presa hasta cubrirla por completo para que ésta tome contacto con la mayor cantidad de glándulas mucilaginosas posibles, y así, digerirla de la manera más rápida y efectiva posible (May). Plasmodesmos Por añadidura, una tercera característica pertinente a las plantas Drosera es que su espacio extracelular contiene cantidades inusuales y abundantes de plasmodesmos [citoplasma que puede atravesar paredes celulares] (Williams 1). Desde la cabeza hasta la 2

3 base del tentáculo (la hoja misma), se sigue aparentemente una ruta interior por donde se transportan los metabolitos para los potenciales de acción. Además, sus células poseen características de elementos conductores (Williams 1). Esto ayuda a explicar la efectiva transmisión de los estímulos y respuestas involucrados en el rol carnívoro de la planta. Esta característica de funcionamiento químico explica cómo se llevan a cabo los potenciales de acción de la planta, por ejemplo, para transmitir los estímulos y efectuar una respuesta de parte de los tentáculos. El espacio extracelular de Drosera está dividido en dos compartimentos: el material de la capa endodérmica y la cutícula del tallo y el cuello, que está acompañada por poros de µm. Esta separación evidencia que por un compartimento los potenciales de acción van en dirección positiva, mientras que aquellos que corren por el tallo se dirigen en la dirección contraria (Ragetli 163). Los plasmodesmos, que conectan a las células, están ubicadas de una manera específica: se ubican aglutinadas en pequeños grupos dispersos de dos a cuatro en las paredes longitudinales, mientras que en las paredes interiores y las células exteriores se encuentran de manera abundante. La existencia de estos poros en contribución con los plasmodesmos y su ubicación estratégica permiten la propagación electrotónica de los potenciales de recepción y acción (Williams 3). Por añadidura, el hecho que los espacios no son distribuidos al azar, presume que la ubicación de estos elementos son funcionales en la flexión de los tentáculos (Ragetli 164). Usos Humanos (carácter antibiótico & utilidad en la fabricación de lácteos) A mayor abundamiento, a algunas especies del género Drosera, como Drosera rotundifolia, se les asigna un alto valor dado su aporte en la vida humana. A modo de ejemplo, en la industria láctea, las hojas de esta especie se usan para cuajar la leche y para hacer quesos. Por otro lado, también aportan en el área médica al servir como remedio para enfermedades respiratorias: la especie contiene un antibiótico efectivo contra las bacterias Estreptococco, Estafilococco y Pneumococco (Robuck 131). Qué elemento de Drosera se usa para la fabricación de lácteos? Las características químicas de la savia son las que se usan para cuajar la leche y producir quesos. Para llevarlo a cabo, se hierve en el mismo contenedor la leche junto a las hojas de las plantas Drosera, que a medida que se calientan, sueltan la savia que provoca el cuajado. En el área médica, también es la savia la que contiene los efectos antibióticos. No sólo con uso para enfermedades respiratorias, las hojas de Drosera rotundifolia también se usan para tratar enfermedades dérmicas como verrugas, juanetes y callos (Brietzke). Respuesta a hábitats extremadamente calurosos (crecimiento de pelos en el centro) Más adelante, otro punto interesante es el carácter que adoptan las plantas de Drosera en sus diversos hábitats para poder sobrevivir. Por ejemplo, las especies que viven en lugares desérticos forman una densa cantidad de pelos en su centro, para poder protegerse de los intensos rayos de sol veraniegos, y así climatizar la temperatura interna (Ragetli 2). Esta característica es una particularidad física que aparece en las especies bryastrum del género Drosera. En el desierto, cuando estas plantas reciben cantidades anormales de calor y luz solar, el centro de la planta es estimulada. Para protegerse, los receptores efectúan de manera inmediata el crecimiento exuberante de pelos para crear sombra e impedir que los rayos solares quemen ni sobrecalienten el interior de la planta ni la base de las láminas (Rivadavia 14). 3

4 Reproducción Por último, las plantas del género Drosera pueden reproducirse de dos maneras: por polinización cruzada o por reproducción vegetativa (un método de reproducción asexual). Debido a la segunda característica, drosera tiene la capacidad de regenerarse (Lloyd 352, Matthews). El funcionamiento biológico de la reproducción en Drosera actúa de la siguiente manera. Por una parte, la polinización cruzada ocurre cuando las flores de las plantas están abiertas durante el día. Por lo tanto, el viento como también los insectos ayudan a polinizarla. Al cerrarse en la noche, los frutos permanecen cerrados, y la semillas son liberadas una vez que el fruto se pudre. Por el otro lado, la reproducción vegetativa ocurre cuando las yemas auxiliares debajo de la roseta forman una roseta secundaria, o también cuando los brotes de las hojas forman plántulas. Entonces, a medida que el tallo se desintegra, lo anterior se separa y así se forma una planta nueva. Frecuentemente, la reproducción asexual ocurre en lugares de alta humedad porque ésta provee un ambiente propicio para esa replicación (Matthews). 4

5 Contexto del Ser Humano Algunas de las características de las plantas carnívoras del género Drosera aparecen ser útiles en la vida del ser humano. Teniendo en cuenta el concepto de biomimésis, muchas de éstas pueden analizarse e interpretarse para dar cabida a elementos/ideas que facilitarían ciertas cosas dentro de un contexto humano. A continuación se presentarán tres escenarios donde surgen ideas a partir de las utilidades de algunas características presentadas anteriormente. Se identificará un problema del contexto humano, y se explicitará una idea inspirada en los funcionamientos de Drosera que podría servir de ayuda para solucionar aquel inconveniente En primer lugar, el análisis del funcionamiento físico de Drosera bryastrum al recibir grandes cantidades de luz y calor solar, da cuenta de una particularidad útil en el contexto humano. Pensando en el escenario de hogares que quedan vacíos durante la jornada de trabajo diaria (puesto que sus integrantes están en sus respectivos trabajos), aparece a veces el siguiente problema. Los propietarios dejan las cortinas o persianas levantadas, por motivos de seguridad, quizás, como también por motivos como: quieren que la casa/departamento se caliente de manera natural durante el día para que al llegar en la noche, el hogar no esté helado. Sin embargo, hay días durante el año, en verano frecuentemente, cuando a cierto punto del día se producen temperaturas excepcionales y los hogares que están expuestos a los rayos solares se sobrecalientan, de modo que se torna extremadamente incómodo estar dentro de ella por el calor que hace dentro (por ejemplo, puede resultar molesto irse a dormir con tanto calor). Además que mucha de la infraestructura (vigas de las puertas, maderas, manillas, entre otras cosas), se deforman por los cambios de temperatura. Dada esta situación, podría ser útil un sistema en que las cortinas y/o persianas se bajen de manera automática al percibir cierto grado de temperatura/rayos solares. De esta manera, los habitantes de un hogar pueden abandonarla tranquilamente, al saber que en caso de posible recalentamiento, las cortinas se regularán solas para impedir que lo anterior ocurra. Así, permiten que el hogar se caliente de manera natural, hasta cierto punto, no obstante, para que no ocurran situaciones desfavorables (la infraestructura no se deforme/no se sobrecaliente la casa). Esta idea alude a las plantas de Drosera, al estimularse por mucho calor, comienza a crecer muchos pelos desde el centro de la planta para adquirir una mayor superficie de área que cubra a la planta de los rayos solares (impidiendo que esta muera/se desnaturalice). Un sensor que perciba tanto la intensidad de los rayos de sol como la temperatura, podría servir como medio para resolver el problema en el contexto del ser humano mencionado recién. Más adelante, el néctar adhesivo de Drosera junto a sus tentáculos móviles aparecen ser pertinentes en la vida del ser humano al tratar el tema de trampas para animales. Tal como Drosera atrapa insectos para poder alimentarse, sería útil imitar la hoja de una planta Drosera en vida real para servir de trampa a mosquitos, moscas, y abejas, por ejemplo. En muchas ocasiones es molesto el constante vuelo e invasión de estos insectos en áreas abiertas como una terraza, quincho, o patio. Sería ventajoso tener un aparato colgante, quizás, que emita un olor atractivo (como el néctar adhesivo de Drosera) para atraer a estos insectos y centralizarlos en esta trampa (a cambio que estén todos volando en el ambiente molestando a las personas presentes). Por añadidura, sería útil que este aparato esté cubierto por un gel (que imite al néctar), pegajoso, para que los insectos, una vez atraídos química y biológicamente por el olor, se queden en esta trampa y no puedan huir. El aparato podría ser pequeño, como un farol chico o incluso de la forma de los tentáculos de Drosera. Una vez atrapados los insectos en el aparato, además de quedarse atrapados en el néctar, una interesante proposición es que existan tentáculos que se muevan para poder atrapar al insecto con mejor precisión. El aparato descrito anteriormente podría ser algo así como un objeto robotizado que vaya 5

6 emitiendo olores, generando gel y articulando sus tentáculos con sensores de movimiento/tacto. Por último, una tercera idea que puede provenir de las características de Drosera es una aplicable a los alambres de púa. Quizás, uno de los problemas de los alambres de púa hoy en día radica en que son estáticos y una vez encontrado un método para saltarlos o prevenirlos, es fácil evitarlos. Es decir, alguien que intenta traspasar un alambre de púa puede esquivarlo, o a veces, si se queda enganchado con el pantalón, por ejemplo, le es fácil desengancharse y proseguir con la intención principal. Lo último se remonta a que delincuentes, intrusos o cualquier persona que busque transgredir esta medida de seguridad para provocar algún daño, no salga perjudicado y pueda proseguir con su finalidad dañina. Para mejorar la finalidad de los alambres de púa (ahuyentar a las personas/dañarlas (lastimosamente), para prevenir que cometan algún daño a otros/otras cosas), es posible inspirarse en la movilidad que tienen los tentáculos de Drosera. Tal como ellos son sensibles al movimiento de los insectos para atraparlos (a través de sus plasmodesmos y poros efectúan potenciales de acción que hacen doblar a los tentáculos en las direcciones necesarias), podría ser posible hacer esto con los alambres de púa. Es interesante imaginar un alambre de púa que al recibir el estímulo de un roce/movimiento (exceptuando la lluvia, viento u otros factores del estilo), pierda su carácter estático y se mueva persiguiendo a la víctima. Esto no implica que el alambre se mueva de lugar, si no que sus púas o enredaderas se desdoblen en varias direcciones tal que afecte al intruso y provoque que éste no pueda seguir llevando a cabo su acción (de traspasar el recinto). Por supuesto, la idea no es que sea una acción que promueva daños graves al ser humano que estimula al alambre, si no que sirva de prevención (genera miedo), y de estancar a la persona de manera temporaria. Es decir, si un intruso está transgrediendo un terreno y queda atrapada su camisa en el alambre, lo que provocarían los sensores de movimiento en estos alambres de púa con sensores es articular las púas adyacentes para que éste quede aún más atrapado. 6

7 Apoyo Visual Figura 1: sección longitudinal esquemática de un tentáculo. Se muestra la cabeza del tentáculo/pelo (donde se ubica la glándula excretora de mucílago), el tallo del tentáculo, y más abajo, su base. La base está conectada a lo que es la hoja de la planta. Fuente: Williams, Stephen E. "Conexiones y barreras entre las células de los tentáculos de Drosera en relación a su electrofisiología." Planta 116 (1974): Figura 2: es la imagen de una Drosera regia envolviendo a un insecto. La figura muestra cómo la hoja y sus tentáculos se mueven en la misma dirección y sentido para situarse alrededor de la presa. Fuente: Rice, Barry. "El Género Drosera." ICPS: International Carnivorous Plant Society. N.p., n.d. Web. 12 Mar < 7

8 Figura 3: imágenes de tres especies diferentes de Drosera, para ilustrar algunas de las diferentes formas y tipos de crecimiento que pueden adoptar. Drosera menziesii Drosera capensis Drosera regia Fuente: May, Aaron. " Qué es un Rocío del Sol?" The Sundew Grow Guides. N.p., Web. 12 Mar Figura 4: imagen de Drosera bryastrum para mostrar la generación de pelos abundantes al interior de la planta, como medida para protegerse de cantidades dañinas de sol. Drosera bryastrum Fuente: May, Aaron. " Qué es un Rocío del Sol?" The Sundew Grow Guides. N.p., Web. 12 Mar

9 Bibliografía Barthlott, Wilhelm et.al. The Curious World of Carnivorous Plants. Portland: Timber Press, Brietzke, Chanda. "Drosera Rotundifolia común." Central Coast Biodiversity. N.p Web. 20 Mar < Crowder, A. Flora Biológica de las islas Británicas No Drosera L. Journal of Ecology 78 (1990:) Franco, Verónica. "La Distribución de Drosera rotundifolia y Drosera intermedia." The University of North California. N.p., 12 Dec Web. 13 Mar < Krafft, Cairn C. "El Rol carnívoro en el crecimiento y la reproducción de Drosera filiformes y D. rotundifolia." Bulletin of the Torrey Botanical Club 118 (1991): Lloyd, F.E. Las Plantas Carnívoras. Waltham: Chronica Botanica Company, Matthews, Robin F. "Especies: Drosera rotundifolia." U.S. Department of Agriculture, Forest Service. Rocky Mountain Research Station, Web. 12 Mar < May, Aaron. " Qué es un Rocío del Sol?" The Sundew Grow Guides. N.p., Web. 12 Mar < Nolan, Garry. "Sobre las Estrategias de alimentación de las plantas carnívoras." Carnivorous Plant Newsletter 7 (1978): Ragetli, H. W. J. "Características de los tentáculos de Drosera, detalle anatómico y citológico." Canadian Journal of Botany 50 (1972): Rice, Barry. "El Género Drosera." ICPS: International Carnivorous Plant Society. N.p., n.d. Web. 12 Rivadavia, F. " Es Drosera meristocaulis un pigmeo? Evidencia de una dispersión a larga distancia entre Australia occidental y el norte de América del Sur." Annals of Botany 110 (2012): Robuck, O. Wayne Las Plantas communes de los musgos de Alaska. Portland: Williams, Stephen E. "Conexiones y barreras entre las células de los tentáculos de Drosera en relación a su electrofisiología." Planta 116 (1974): Mar < 9