La presencia en el suelo de ciertas bacterias vuelve a las flores más atrayentes para los polinizadores

Experimentos realizados en la Universidad Federal del ABC, en el Área Metropolitana de São Paulo, muestran que un microorganismo esencial para la fijación de nitrógeno ejerce un papel fundamental en la reproducción de una leguminosa autóctona de Brasil

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Una bacteria que vive en el suelo y a la que se la conoce porque fija el nitrógeno cuando se asocia a las raíces de algunas plantas influye de manera decisiva sobre la capacidad de reproducción de una especie de leguminosa autóctona de Brasil cuyo nombre científico es Chamaecrista latistipula. Sucede que la presencia de este microorganismo en el suelo vuelve a las flores más atractivas para los polinizadores, tal como se lo revela en un estudio publicado en el American Journal of Botany.

A esta relación entre microorganismos, plantas y animales se la conoce con el nombre de mutualismo. Los mutualismos son interacciones entre individuos de diferentes especies en las cuales todas las partes salen ganando al obtener nutrientes o reproducirse mediante la ayuda recíproca.

Esto es lo que ocurre con la especie Chamaecrista latistipula, una leguminosa nativa de Brasil que vive en suelos naturalmente pobres en nutrientes y que depende de un tipo específico de polinizador para poder reproducirse.

“Uno de los mutualismos importantes en esta especie de planta se concreta con las bacterias fijadoras de nitrógeno en las raíces, que aumentan la disponibilidad de ese nutriente para las plantas a cambio de los azúcares que les sirven de alimento a esos microorganismos”, comenta Anselmo Nogueira, docente del Centro de Ciencias Naturales y Humanas de la Universidad Federal del ABC (CCNH-UFABC), en la localidad de São Bernardo do Campo, en Brasil.

“Existe otro mutualismo entre esas plantas y un tipo específico de polinizador. El polen de la Chamaecrista latistipula permanece encapsulado en una parte de las flores y solamente es liberado mediante vibración, cuando la flor es sacudida fundamentalmente por hembras de algunas especies de abejorros del género Bombus”, completa.

Experimentos realizados en el Laboratorio de Interacciones entre Plantas y Animales, coordinado por Nogueira, demostraron que la presencia de esas bacterias principalmente en suelos pobres en nutrientes es fundamental para que las flores se vuelvan atrayentes para los abejorros.

“Observamos también un efecto drástico, que no esperábamos. Como la asociación de las plantas con las bacterias es sumamente costosa para las primeras, suponíamos que en un suelo rico en nitrógeno las plantas sencillamente captarían el nutriente directamente del suelo. Pero en nuestros experimentos, los suelos ricos en nutrientes no produjeron plantas sanas, con flores atractivas”, explica Caroline Souza, autora principal del estudio, quien contó con una beca de capacitación técnica de la FAPESP.

Este trabajo forma parte del proyecto intitulado “Synergistic effect of multiple mutualists on plants: how bacteria, ants and bees contribute to the evolution of a hyper-diverse lineage of legumes”, vinculado al Programa FAPESP de Investigaciones en Caracterización, Conservación, Restauración y Uso Sostenible de la Biodiversidad (BIOTA-FAPESP) y coordinado por Nogueira.

Las bacterias, las plantas y los insectos

Para arribar a estos resultados, los investigadores siguieron el crecimiento de 60 plantines de Chamaecrista latistipula desde la germinación de las semillas durante 16 meses. Las plantas se cultivaron en dos condiciones de suelos. La mitad en una mezcla compuesta por un 90 % de arena y un 10 % de tierra vegetal, con una baja concentración de nutrientes, especialmente nitrógeno. La otra mitad fue cultivada en un suelo rico en materia orgánica y suplementado con nitrato de potasio, que libera nitrógeno en el suelo. La acidez de ambos suelos se monitoreó durante seis meses para asegurarse de que los dos permanecieran neutros y no influyesen sobre la relación entre las raíces y las bacterias.

Pero antes de plantar las semillas se las esterilizó con alcohol, lavandina y peróxido de hidrógeno a los efectos de eliminar cualquier bacteria que pudiese influir en los resultados. Inmediatamente después se las lavó con agua destilada. Con ese mismo objetivo, el suelo pasó por una esterilización en autoclave, donde los microorganismos son eliminados mediante la aplicación de altas temperaturas.

Ambos tipos de suelo quedaron entonces subdivididos en cuatro tratamientos. En una mitad de las macetas con suelo arenoso y poco nitrógeno y en una mitad de las plantas cultivadas en un suelo rico en materia orgánica y nitrógeno se añadió una solución rica en rizobios, un tipo de bacterias conocidas por su capacidad de fijar nitrógeno en las raíces. Las demás macetas siguieron adelante sin bacterias. Los microorganismos aplicados fueron aislados directamente de nódulos de las raíces de la misma especie de Chamaecrista latistipula obtenidas en poblaciones naturales.

En los suelos arenosos y pobres en nitrógeno donde no se agregaron bacterias, las plantas crecieron muy poco, con hojas siempre amarillentas que dejaban en evidencia el déficit de nitrógeno. Las plantas que obtuvieron un mejor desarrollo fueron las que estaban cultivadas en un suelo arenoso y en presencia de rizobios.

Nódulos de las raíces de Chamaecrista latistipula, en donde proliferan los rizobios que fijan el nitrógeno, especialmente cuando las plantas se encuentran en suelos arenosos con baja disponibilidad de nutrientes (foto: Anselmo Nogueira)

“En los suelos arenosos pobres en nitrógeno, pero con presencia de las bacterias fijadoras de nitrógeno, las plantas eran casi dos veces más altas y tres veces más grandes que las cultivadas en un suelo con materia orgánica, rico tanto en bacterias como en nitrógeno. Por otra parte, las plantas existentes en suelos pobres en rizobios, tanto en el suelo arenoso como en el que era rico en materia orgánica, exhibieron alturas relativamente más bajas y eran menores en general que las que tenían rizobios”, informa Nogueira.

Asimismo, las flores se analizaron con un espectrofotómetro de superficie, un instrumento que mide cómo se refleja la luz. “A partir de esas medidas de reflectividad en las flores, testeamos si los contrastes de color perceptibles para las abejas fueron alterados entre los diferentes tratamientos de suelos y de bacterias”, informa Souza.

Los componentes de las flores no mostraron en su mayor parte patrones distintos entre los tratamientos. Sin embargo, las anteras de las flores que crecieron en el suelo arenoso, pobre en nitrógeno y rico en rizobios, exhibieron un patrón considerado más atrayente para los abejorros, que ven en un espectro de luz distinto al humano.

“En las anteras se ubica precisamente el polen de las flores, al que solamente tienen acceso insectos que logran sacudirlas, algo que las especies exóticas como las abejas europeas (Apis mellifera) no logran hacer”, afirma Souza.

El polen es una fuente de proteínas esencial para el desarrollo de las larvas de las abejas y para los abejorros de distintas especies autóctonas.

Una vez realizadas las mediciones, los investigadores retiraron las plantas de las macetas para analizar sus raíces. Una señal indicadora de que ha habido una interacción entre los rizobios y las plantas está constituida por la cantidad de nódulos existentes en las raíces.

Los nódulos son estructuras que se forman en las raíces cuando las bacterias infectan a las plantas por esa vía. En ellos se concreta la simbiosis mutualista entre las plantas y las bacterias, es allí donde las bacterias fijan el nitrógeno atmosférico elaborando aminoácidos esenciales para las plantas. En contrapartida, las plantas les suministran azúcares a las bacterias, que proliferan dentro de los nódulos.

A la izquierda: plantas de Chamaecrista latistipula inoculadas con las bacterias fijadoras de nitrógeno al final del experimento. Las más grandes con muchas flores se encuentran en un suelo arenoso con pocos nutrientes, en tanto que las plantas menores con hojas verdes más claras están en un suelo con mucha materia orgánica y rico en nutrientes. A la derecha: las plantas de Chamaecrista latistipula que no fueron inoculadas con las bacterias fijadoras de nitrógeno al final del experimento. Independientemente del tipo de suelo, todas esas plantas permanecieron bajas, casi sin flores, y produjeron hojas pálidas y amarillentas, con una menor producción de clorofila (clorosis), lo que pone en evidencia el déficit de nitrógeno (fotos: Anselmo Nogueira)

De todos los tratamientos, el que más redundó en la presencia de nódulos fue el de los suelos arenosos, pobres en nitrógeno, pero con presencia de rizobios.

“Ahora pretendemos saber si ese polen que se encuentra accesible únicamente para las hembras de abejorros autóctonos está enriquecido con proteínas y aminoácidos debido a esa sociedad entre las bacterias y las plantas. La mayor atracción de las flores puede estar relacionada con una mayor calidad y una mayor cantidad de recursos, debido al alto índice de fijación de nitrógeno en las raíces de esas plantas”, culmina diciendo Nogueira.

Puede leerse el artículo intitulado Nitrogen-fixing bacteria boost floral attractiveness in a tropical legume species during nutrient limitation en el siguiente enlace: bsapubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ajb2.16363.