1. ¿Qué significa ser pariente cercano de las plantas con semillas si los helechos se reproducen por esporas?
Los helechos son plantas que se reproducen por esporas, no por semillas. En Japón, nombres como warabi (helecho común) y zenmai (helecho de brote enrollado) son muy familiares; se dice que existen unas 10,000 especies en el mundo [2]. Cuando hablamos de "parientes cercanos" en este contexto, no nos referimos a una relación familiar humana como la de los primos. Es solo una analogía.
Lo que realmente significa es que, al comparar los grupos de plantas que viven hoy, ¿cuál está evolutivamente más cerca de las plantas con semillas? Para entender esto, examinaremos tres pistas clave: un estudio comparativo realizado en 2001, el esperma nadador presente en la vida del helecho y los fósiles que muestran hojas parecidas a las de los helechos. Empezaremos por la pista más grande: el estudio científico.
2. ¿Qué descubrió el estudio de 2001 publicado en Nature sobre los helechos y las plantas vasculares?
En 2001, el equipo de investigación de Pryer publicó un artículo en la revista Nature. Este estudio dividió a las plantas vasculares actuales (aquellas con conductos para transportar agua en raíces, tallos y hojas) en tres grandes grupos: los licófitos (parientes de la hikagenokazura), las plantas con semillas y un grupo que agrupa a los equisetos, los psilotos y los helechos [1].
Lo que este artículo mostró fue que el grupo combinado de equisetos y helechos es el pariente vivo más cercano a las plantas con semillas. Para realizar este análisis, utilizaron la "máxima verosimilitud", un método estadístico que selecciona la forma del árbol genealógico que mejor se ajusta a los datos [1].
Este resultado rechazó una idea que había sido muy aceptada hasta entonces: la de que los helechos y equisetos eran un "eslabón intermedio" entre las plantas musgosas y las plantas con semillas. Según el estudio, este grupo no es una etapa transitoria hacia las plantas con semillas, sino una gran rama evolutiva paralela a ellas [1]. Sin embargo, la conclusión no está totalmente cerrada. Una revisión de 2013 señala que, aunque los análisis moleculares y de forma sugieren que los helechos son el grupo hermano (el más cercano) de las plantas con semillas, hay desacuerdos entre paleobotánicos, quienes discuten la posibilidad de que las hojas evolucionaron por separado [9]. ¿Qué nos dicen entonces los fósiles sobre esta cercanía?
3. Fósiles de plantas con hojas de helecho pero con semillas
Hace mucho tiempo, en bosques antiguos, existían plantas que tenían hojas parecidas a las de los helechos, pero que poseían semillas. En el mundo de la paleontología, a estas plantas se les llama "helechos con semillas". Aunque su nombre incluye "helecho", no son helechos verdaderos, sino plantas con semillas [7].
Según las explicaciones del Museo de Paleontología de la Universidad de California (UCMP), la planta con semilla más antigua conocida hasta ahora es Elkinsia polymorpha, que es un tipo de helecho con semillas. Es un fósil del período Devónico tardío encontrado en Virginia Occidental, Estados Unidos [7]. También está Medullosa, una planta del período Carbonífero que se parece a los actuales helechos arbóreos pero que era una planta con semillas. Otro ejemplo es Sphenopteris, que también tenía hojas parecidas a las de un helecho pero producía semillas [7].
Estos fósiles nos enseñan que la forma de la hoja, por sí sola, no basta para distinguir si una planta es un helecho o una planta con semillas. No demuestran directamente que "las plantas con semillas nacieron de los helechos". Lo que muestran es que existieron plantas que combinaban hojas de helecho y semillas en el pasado. Ese hecho es una pista que sugiere la cercanía entre ambos grupos. ¿Quedan pistas de esta cercanía en las plantas actuales?
4. ¿Por dónde nada el esperma durante el ciclo de vida del helecho?
Observemos el ciclo de vida del helecho. Cuando una espora liberada por el cuerpo principal (esporófito) cae en un lugar húmedo y germina, se forma un pequeño cuerpo llamado protalo. Este protalo es el gametofito. El gran cuerpo que conocemos como warabi o zenmai y el protalo aparecen alternativamente [3].
El protalo suele ser verde, plano y con forma de corazón, midiendo aproximadamente 1 cm. En su parte inferior se forman los anteridios (que producen esperma) y los arquegonios (que producen óvulos). El esperma debe nadar a través del agua para alcanzar el óvulo y lograr la fertilización [3].
Dado que el esperma necesita agua para nadar, los protalos crecen en superficies húmedas. Es posible que esto explique por qué los helechos grandes son comunes en lugares sombreados y húmedos, aunque no hay documentos en este artículo que afirmen esto con certeza absoluta. Por cierto, las plantas musgosas también tienen esperma nadador [6]. Entonces, ¿qué pasa con las plantas con semillas? ¿Cómo se transporta su esperma?
5. El esperma nadador que sobrevivió en algunas plantas con semillas
La mayoría de las plantas con semillas no tienen esperma que nade. Su esperma es transportado dentro del tubo polínico que crece desde el grano de polen, y carecen de flagelos (el filamento que permite nadar) [6].
Sin embargo, se dice que entre las plantas con semillas vivas hoy, solo las cícadas y el árbol del ginkgo (ginkgo biloba) tienen esperma nadador. Esta característica, compartida con musgos y helechos, ha persistido en ellos [6].
En 1896, Sakugoro Hirase, de la Universidad de Tokio, descubrió el esperma del ginkgo. Este hallazgo se convirtió en una pista evolutiva crucial que conectaba a las plantas con esperma (musgos y helechos) con las angiospermas (que no lo tienen) [4]. Seiji Ikeno también descubrió el esperma de las cícadas, revelando la relación entre los helechos y las gimnospermas. Mientras que muchos diccionarios indican que fue en 1896, algunos señalan el año 1895 [5].
Al unir las tres pistas, vemos que el centro para juzgar la cercanía es la investigación filogenética. Los fósiles muestran plantas con hojas de helecho y semillas; el esperma muestra que algunas plantas con semillas conservan esperma nadador. Todo esto sirve como material para reflexionar sobre los resultados de los estudios.
6. Busca helechos en un parque o jardín y pon a prueba lo aprendido
Lo que puedes hacer hoy: Busca helechos en un parque o jardín. Verifica si están al sol o a la sombra y si el suelo está húmedo, comparando unos 3 lugares diferentes y registrando tus observaciones. El protalo es muy pequeño y difícil de encontrar, pero caminar por zonas húmedas te mostrará qué tipos de helechos habitan allí.
Actividades para hacer fuera de casa: Visita un libro ilustrado o un museo y observa especímenes de helechos o exhibiciones de fósiles. Si ves algo etiquetado como "helecho con semilla", presta atención a la forma de las hojas y cómo están fijadas las semillas; esto te permitirá verificar lo que hemos contado aquí.
Si quieres investigar más: La página de fósiles del UCMP (en inglés) recopila registros de fósiles de plantas con semillas [7]. El artículo de 2001 [1] tiene valor como lectura comparativa, ya que fue un estudio que mostró la relación entre equisetos, helechos y plantas con semillas.