Un reciente estudio ha revelado que los receptores químicos que utilizan las plantas para reconocer las bacterias que fijan nitrógeno han evolucionado de forma independiente en al menos tres ocasiones distintas, a través de un proceso conocido como evolución convergente. Este hallazgo aporta un nuevo entendimiento sobre la compleja relación entre las plantas y estas bacterias, que desempeñan un papel crucial en el ciclo del nitrógeno en la Tierra.
Desde tiempos antiguos, las civilizaciones agrícolas han reconocido que las plantas de frijol son una excelente fuente de fertilizante. El filósofo griego Teofrasto, considerado el padre de la botánica, ya apuntaba en su obra sobre las propiedades beneficiosas de las leguminosas para el suelo. A lo largo de los siglos, los seres humanos han aprovechado este truco biológico, cultivando plantas que fomentan el crecimiento de bacterias en sus raíces, capaces de transformar el nitrógeno atmosférico en formas que las plantas pueden utilizar.
Investigadores del Museo de Historia Natural de Florida han determinado que los receptores químicos utilizados por las plantas para identificar estas bacterias han surgido de manera independiente, lo que refuerza la teoría de que los ancestros de las plantas de frijol y sus parientes heredaron una predisposición para la simbiosis de un ancestro que existió hace más de 100 millones de años. Douglas Soltis, coautor del estudio, explica que este trabajo demuestra que hay múltiples formas de conseguir la simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno.
La importancia del nitrógeno en la vida terrestre
Hace aproximadamente 3.200 millones de años, la vida en la Tierra enfrentó una grave limitación debido a la escasez de nitrógeno, un elemento esencial para el desarrollo de los organismos. A pesar de que el nitrógeno es abundante en la atmósfera, su forma elemental es difícil de asimilar por los seres vivos. Solo ciertos tipos de bacterias han desarrollado la capacidad de romper el fuerte enlace triple del dinitrógeno, permitiendo su utilización por las plantas.
Este proceso de fijación de nitrógeno es extremadamente costoso desde el punto de vista energético. Por ejemplo, se requieren 16 moléculas de adenosín trifosfato (ATP) para fijar una sola molécula de dinitrógeno, en comparación con las tres necesarias para el dióxido de carbono. Estos altos costos energéticos son una de las razones por las cuales las plantas multicelulares no han desarrollado su propio mecanismo para la fijación de nitrógeno, dependiendo en cambio de las bacterias simbióticas.
A lo largo de la historia evolutiva, las plantas han desarrollado diversas estrategias para aprovechar el nitrógeno en entornos donde escasea. Algunas, como las plantas carnívoras, han optado por capturar insectos, mientras que otras han establecido relaciones simbióticas con bacterias fijadoras de nitrógeno. Estas asociaciones permiten a las plantas recibir el nitrógeno necesario a cambio de nutrientes y un entorno adecuado para el crecimiento de las bacterias.
El estudio que se ha publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias plantea que los mecanismos moleculares detrás de esta simbiosis pueden haber evolucionado en diferentes linajes de plantas, lo que abre nuevas vías para la ingeniería genética. Si los científicos logran entender cómo se producen estas nodulaciones, podrían transferir esta capacidad a otros cultivos, reduciendo así la dependencia de fertilizantes químicos y sus impactos ambientales negativos.
Los autores del estudio han trabajado en conjunto para abordar la complejidad de cómo las plantas y las bacterias fijadoras de nitrógeno interactúan. Este enfoque permite avanzar en el conocimiento sobre los genes implicados en la formación de nódulos y su evolución, lo que podría tener implicaciones significativas para la agricultura sostenible en el futuro.
