Este sitio es solo una puerta de entrada

Todo lo que hay aquí viene de cosas que otras personas investigaron, pensaron y construyeron de verdad: libros, artículos, registros históricos y la gente detrás de ellos. Si algo te llama la atención, ve a las fuentes originales que aparecen al final de la página. Tienen mucha más profundidad de la que una página como esta puede ofrecer.

¿Por qué los brotes de pino se ponen verdes en la oscuridad y los de frijol no?

Categoría: Naturaleza

Si pones semillas de frijol en una caja que no deja pasar la luz, los brotes salen de color amarillo pálido y crecen muy largos y delgados. Esto ocurre porque necesitan luz para crear clorofila, el pigmento verde. Sin embargo, se ha reportado que las plántulas de pino pueden producir clorofila verde aunque no les llegue ninguna luz [1]. ¿Por qué el frijol se queda blanco y el pino logra ponerse verde? En este artículo entenderás la diferencia en las enzimas que usan para crear el color verde al final del proceso, y por qué incluso los pinos a veces no logran verdes dependiendo de las condiciones.

1. Qué pasa con los brotes de frijol y de pino cuando crecen en una caja oscura

¿Qué sucede si cultivas semillas de frijol dentro de una caja sin luz? Los brotes salen de color amarillo blanquecino y se estiran mucho. No pueden crear clorofila, la base del color verde, porque no hay luz [1]. El pino es diferente en este aspecto. Se ha presentado que algunas gimnospermas, como las plántulas de pino, pueden ponerse verdes incluso en lugares oscuros. En cambio, en las angiospermas como los guisantes o frijoles, se necesita luz para volverse verdes [1]. También se ha reportado que los cotiledones (las primeras hojas del pino negro) producen clorofila durante la germinación en completa oscuridad [2].

Es importante notar que no se dice que sea "la misma cantidad" que bajo la luz. En los estudios, los cotiledones crecidos en la oscuridad tenían menos complejos de proteínas relacionados con la fotosíntesis que los crecidos a la luz. Así que, aunque pueden ponerse verdes en la oscuridad, no siempre son iguales a los de lugares brillantes [2]. Entonces, ¿cómo logran crear clorofila si no hay luz?

2. Qué enzimas usan el pino y el frijol para el último paso de la clorofila

Cerca del final del camino para crear clorofila, hay un paso donde una sustancia llamada proto-clorofílide se convierte en clorofílide a. La clorofílide a es la sustancia inmediatamente anterior a la clorofila a. Este cambio requiere una reacción de reducción y trabaja una enzima [1]. Hay dos tipos de estas enzimas. Una se activa con luz (LPOR) y la otra no usa luz y funciona en la oscuridad (DPOR). Se sabe que las angiospermas solo usan LPOR para reducir la proto-clorofílide. Por eso, en la oscuridad se acumula proto-clorofílide y se forman estructuras llamadas etioplastos, donde aparecen los prolamelares [3]. Se explica que los brotes de frijol son blancos porque este paso se detiene esperando luz.

En las gimnospermas que reverdecen en la oscuridad, también pueden usar DPOR. Las piezas del DPOR se hacen a partir de 3 genes (chlL, chlN, chlB) en el ADN del cloroplasto, y el genoma del cloroplasto de las gimnospermas tiene estos 3 genes. Muchas angiospermas no tienen al menos 2 de ellos [4]. Así que "si tienen o no la herramienta que no usa luz" es una de las diferencias clave entre el pino y el frijol.

3. Si las primeras acículas del pino también se ponen verdes sin luz

Hasta ahora, los ejemplos fueron principalmente sobre los cotiledones. ¿Qué pasa con las primeras acículas que crecen después? Un estudio de 1998 mostró que las primeras acículas del pino también pueden crear clorofila en la oscuridad. Se investigaron dos especies: Pinus jeffreyi y Pinus sylvestris (pino silvestre europeo). Antes, los estudios eran sobre cotiledones y no estaba claro lo de las acículas [4].

Otro estudio analizó plántulas de Pinus mugo y Pinus sylvestris crecidas en la oscuridad. La expresión del gen DPOR fue constante en todas las muestras analizadas. También se reportó que proteínas necesarias para la síntesis de clorofila (glutamil-tRNA reductasa) y relacionadas con el sistema fotoquímico (D1, LHCI) se acumulaban sin importar la luz [5]. Así, en la oscuridad, también se acumulan proteínas relacionadas con la clorofila y la fotosíntesis.

4. Cómo la temperatura y el tipo de pino cambian cuánto verde se logra

Si aprendes que "los pinos se ponen verdes en la oscuridad", debes poner condiciones. Según los reportes, los cotiledones del pino negro se vuelven amarillos en lugares oscuros con temperaturas muy bajas, y la síntesis de clorofila sin luz se inhibe casi por completo. También hay diferencias dentro de la familia de los pinos: el abeto alemán logra un verde más fuerte en la oscuridad que el alerce [1]. Además, se menciona que algunos árboles tienen genes parecidos a DPOR pero no se ponen verdes en la oscuridad.

Incluso entre parientes del pino, el grado de verde cambia según la especie y la temperatura. Parece que tener o no la herramienta no es lo único que decide cuánto verde logran en la oscuridad. Entonces, ¿de dónde vino esta "herramienta que no usa luz"?

5. En qué se parece la enzima del pino sin luz a la que fija nitrógeno

DPOR es muy parecida a una enzima llamada nitrogenasa. La nitrogenasa es la encargada de la fijación de nitrógeno, que convierte el nitrógeno del aire en una forma que los seres vivos pueden usar. Los artículos sobre DPOR señalan la posibilidad de que haya una conexión evolutiva entre la fijación de nitrógeno y la formación de clorofila en la oscuridad [1].

La enzima que crea el verde en las plantas podría ser pariente de la enzima que atrapa nitrógeno. Si piensas así, las raíces de las herramientas dentro de una misma hoja verde podrían llevar a lugares inesperados. Sin embargo, que se parezcan no es prueba directa de que sean parientes; solo es una posibilidad planteada [1].

6. Cómo comprobar con frijoles y pinos lo que dicen las fuentes originales

Puedes comprobar en casa cómo cambian los brotes de frijol según haya luz o no. Pon semillas de frijol o de rábano para germinar sobre papel de cocina húmedo, divídelas en 2 recipientes. Deja uno cerca de una ventana iluminada y tapa el otro con una caja de cartón para oscurecerlo. Observa durante 3 o 4 días y compara el color y la altura. Los brotes dentro de la caja suelen ser blanquecinos y estirarse mucho. Luego, si quitas la caja y los pones a la ventana, también verás cambios de color.

Si quieres investigar más, busca palabras como DPOR, greening en oscuridad y LPOR. Las diferencias por tipo de pino y temperatura pueden tener números específicos en artículos originales o revisiones [1].

Fuentes

  1. Nature Asia Highlight "Enzyme DPOR working on greening in darkness and nitrogenase" https://www.natureasia.com/ja-jp/nature/highlights/24559 (Se destaca la enzima DPOR y su similitud con la nitrogenasa para el reverdecimiento en oscuridad.)
  2. Shinohara, Murakami & Fujita (1992) Plant Physiology 98(1):39-43 https://europepmc.org/ (Reporta la síntesis de clorofila en cotiledones de pino negro en oscuridad total.)
  3. Japanese Society of Plant Physiologists Annual Meeting Abstracts 2011 https://www.jstage.jst.go.jp/article/jspp/2011/0/2011_0_0685/_article/-char/ja (Describe el uso exclusivo de LPOR en angiospermas y la formación de cuerpos prolamelares resultante.)
  4. Schoefs & Franck (1998) Plant Physiology 118(4):1159-1168 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC34732 (Muestra el reverdecimiento en oscuridad en acículas tempranas y los genes chlL, chlN, chlB.)
  5. Breznenová et al. (2010) Photosynthetica 48(1):16-22 https://ps.ueb.cas.cz/artkey/phs-201001-0004_light-independent-accumulation-of-essential-chlorophyll-biosynthesis-and-photosynthesis-related-proteins-in-pi.php (Reporta la acumulación de proteínas esenciales para clorofila y fotosíntesis en plántulas de pino en oscuridad.)