I. RECURSOS PARA LA VIDA DE LAS PLANTAS

DEBIDO a la naturaleza de nuestra propia fisiolog�a, asociamos los procesos b�sicos de apropiaci�n de recursos como el comer, el beber y el respirar, con el movimiento. En el ser humano cada uno de esos actos requiere de movimiento, apreciable a simple vista, lo mismo que en todos los dem�s animales terrestres y en la mayor parte de los acu�ticos.

Para poder introducir los alimentos al cuerpo tenemos primero que atraparlos y despu�s ingerirlos. Para tomar agua primero debemos buscarla y despu�s beberla y para respirar tenemos que bombear continuamente aire hacia el interior de nuestro cuerpo. S�lo con movimiento obtenemos los elementos b�sicos que sostienen nuestra vida.

Los alimentos que los animales utilizamos son siempre plantas u otros animales, que se capturan vivos o se obtienen ya muertos, algunas veces en estado de descomposici�n. En todos los casos los nutrimentos que nuestro organismo requiere se encuentran densamente concentrados en la masa alimenticia que ingerimos.

Las plantas toman nutrimentos y agua y tambi�n respiran, pero lo hacen de una manera radicalmente distinta a la nuestra, entre otras razones porque carecen de movimiento aparente y adem�s porque tienen la capacidad de llevar a cabo una serie de procesos qu�micos inexistentes en los animales. Las plantas absorben activamente los recursos que utilizan para vivir, pero lo hacen a una escala microsc�pica sobre la mayor parte de su superficie, lo que hace que para nosotros sea imposible percibir a simple vista la manera en que realizan esta funci�n.

Plantas y animales requieren de energ�a para que puedan tener lugar los procesos qu�micos que originan la vida y el movimiento, pero existe una diferencia fundamental a este respecto entre ambos tipos de organismos vivos. Para las plantas, la fuente b�sica de energ�a es la luz del Sol: a partir de ella deriva la fuerza necesaria para generar todos sus componentes qu�micos, efectuar sus movimientos y crecer. Los animales no pueden utilizar la energ�a solar directamente como lo hacen las plantas, por lo que tienen que derivar la energ�a que requieren de estos organismos o indirectamente de animales que comen plantas. Para los animales son indispensables los compuestos cargados de energ�a que las plantas producen y que forman parte de su estructura.

La vida en nuestro planeta tiene como base ese proceso de absorci�n de energ�a solar que s�lo las plantas verdes pueden efectuar, de manera que todos los dem�s seres vivos finalmente dependen de ellas para sobrevivir. En la figura 1 hemos representado diagram�ticamente el camino que sigue la energ�a que genera la vida en la Tierra. Posiblemente exista alg�n otro planeta en el universo, habitado por seres vivos, en el que las cosas funcionen de otra manera, pero en la Tierra, la vida s�lo tiene dos fuentes de subsistencia: la luz solar y la muerte de los propios seres vivos.

 

Figura 1. Este diagrama representa la forma en que los seres vivos est�n relacionados entre s� formando ecosistemas. Las plantas constituyen el punto de partida por su estrecha relaci�n con el mundo inorg�nico, ellas captan la energ�a solar y toman los recursos inorg�nicos; despu�s de procesarlos son transferidos a los dem�s seres vivos que no efect�an la funci�n b�sica de la fotos�ntesis.

El proceso por el cual las plantas utilizan la energ�a de la luz solar para desarrollar algunas reacciones qu�micas se llama fotos�ntesis. Este conjunto de procesos qu�micos es sumamente complejo; sin embargo, ya ha sido descrito y estudiado por los cient�ficos (fisi�logos de plantas) con mucho detalle y profundidad. La fotos�ntesis tiene lugar en los �rganos verdes de las plantas, principalmente en las hojas. Consiste en la transformaci�n de dos compuestos tomados del medio externo: un gas llamado di�xido de carbono (C0₂) y un l�quido, el agua (H2O). Estas sustancias, muy estables, pueden llegar a combinarse para formar compuestos org�nicos.

Los compuestos org�nicos son las mol�culas m�s caracter�sticas que forman a los seres vivos. Su principal sustancia estructural es el carbono, que forma el esqueleto de todos los compuestos org�nicos; as� que la materia viva deshidratada se forma principalmente por carbono, al cual se encuentran unidos elementos como el hidr�geno, ox�geno, etc�tera.

La energ�a luminosa necesaria para la fotos�ntesis puede ser utilizada gracias a la presencia de pigmentos especiales que efect�an esa funci�n. El m�s importante de ellos es la clorofila, que es precisamente el que le da el color verde a las plantas. En la figura 2 hemos representado esquem�ticamente y en forma muy simplificada el proceso de la fotos�ntesis.

 

Figura 2. Diagrama simplificado de la fotos�ntesis: a trav�s de un complejo sistema captador de energ�a, formado a partir de la clorofila y otros pigmentos, las plantas verdes transforman compuestos simples y estables: di�xido de carbono y agua en compuestos org�nicos b�sicos que dar�n origen a todos los dem�s compuestos org�nicos que forman a los seres vivos.

As� bien, las plantas, a diferencia de los animales, no capturan activamente masas densas de compuestos alimenticios; en lugar de ello absorben mol�culas aisladas a trav�s de toda su superficie. Esto marca una diferencia fundamental entre ambos tipos de organismos vivos, pues para obtener esos recursos tan dispersos en el medio ambiente las plantas deben poseer una amplia superficie de contacto con el exterior, en lugar de la capacidad que tienen los animales de moverse en busca de alimento.

Las mol�culas de di�xido de carbono presentan una concentraci�n muy baja en la atm�sfera: constituyen aproximadamente el 0.03% de los gases atmosf�ricos. Los gases m�s abundantes son el nitr�geno y el ox�geno, de manera que el di�xido de carbono es s�lo un componente secundario de la atm�sfera; no obstante lo anterior, tiene primordial importancia para el sostenimiento de la vida.

Para poder obtener este gas tan enrarecido, las plantas normalmente ofrecen una gran superficie de contacto de sus �rganos fotosint�ticos con el aire. Una hoja no s�lo es plana, es tambi�n en gran parte hueca, de manera que muchas de sus c�lulas est�n en contacto o a poca distancia del aire del que procede el di�xido de carbono que requieren. Otra raz�n por la cual casi todas las hojas son planas y dispuestas generalmente en posici�n horizontal, es que de esta manera ofrecen una mayor exposici�n a la luz solar directa, captando as� m�s luz con el menor volumen. De este modo la fotos�ntesis se efect�a con la mayor eficiencia posible.

En resumen, podemos decir que los compuestos org�nicos que forman parte de los alimentos son tomados por los animales y otros seres vivos no fotosint�ticos inicialmente de las plantas, que son su �nica fuente. Estas, en cambio, puede producirlos de manera directa a partir de sus precursores qu�micos inorg�nicos: di�xido de carbono, agua y minerales, utilizando para ello la energ�a de la luz solar que captan por medio de sus �rganos verdes. Los compuestos as� formados pasan a formar parte de la estructura de las plantas.

Con estas ideas es posible ver de manera clara la raz�n por la cual la parte a�rea de las plantas, principalmente ramas y hojas, tiene una superficie de contacto con el ambiente tan extensa, en comparaci�n con la de los animales. Las plantas obtienen de la atm�sfera esencialmente dos cosas: mol�culas muy dispersas y distribuidasen el aire, m�s o menos uniformemente, de di�xido de carbono y energ�a luminosa procedente del Sol. Estas dos cosas, m�s el agua del suelo, son el principal alimento de las plantas. Los animales, por su parte, para buscar plantas o atrapar otros animales, vivos o muertos, requieren de movimiento y, para ingerir sus alimentos, por lo general s�lo tienen un orificio de entrada en toda la superficie de su cuerpo.

Una planta de ma�z adulta llega a tener una superficie total de contacto con la atm�sfera superior a los 10 m², sin contar los espacios huecos del interior de las hojas. Un ser humano adulto quiz� llegue s�lo a 2 m², sin contar naturalmente los espacios huecos de los pulmones y el aparato digestivo, que en cierta manera tambi�n est�n en contacto con un medio ambiente modificado de donde se absorben el ox�geno y los alimentos. En la figura 3 se muestra una comparaci�n entre una planta y un animal por lo que respecta a superficie exterior.

 

Figura 3. Se compara aqu� la forma de una planta y la de un animal. A pesar de que el peso del cerdo es muchas veces superior a la del girasol, esta planta tiene una superficie de contacto con el ambiente mucho m�s extensa.

M�s adelante veremos c�mo cambia la superficie de contacto de las plantas con el aire a trav�s de las estaciones del a�o y la importancia que esto tiene en la sobrevivencia.

En las l�neas anteriores hemos visto algo acerca de la absorci�n de recursos a trav�s de la parte a�rea de las plantas. Sin embargo, �qu� ocurre con la parte de las plantas que crece bajo la superficie del suelo? A trav�s de las ra�ces de las plantas se absorben tambi�n sustancias esenciales para la vida vegetal, principalmente agua y con ella otros elementos que, en cantidades relativamente peque�as, forman parte de mol�culas org�nicas o participan en algunas reacciones qu�micas vitales.

Al igual que la parte a�rea de las plantas, las ra�ces se ramifican y se extienden dentro de un gran volumen de suelo, en relaci�n con su propio peso, aument�ndose as� la superficie a trav�s de la cual pueden absorber el agua y los nutrientes minerales que se encuentran disueltos en ella.

En la figura 4 mostramos la relaci�n que existe entre la superficie a�rea y la superficie subterr�nea de una planta. A veces las dos superficies son equivalentes, con el tallo actuando como puente de uni�n entre ambas. En lugares secos, las ra�ces tienden a ser m�s extensas y ocupar un mayor volumen que en lugares h�medos. En lugares intermedios, la superficie de la ra�z puede ser equivalente a la de las hojas de una planta.

 

Figura 4. La superficie de contacto de las ra�ces con el volumen de suelo en que penetran tiende a ser equivalente a la de la copa, de manera que la absorci�n de agua compensa la p�rdida por transpiraci�n durante la estaci�n de crecimiento.

�Cu�nta agua necesita una planta? �sta es una pregunta importante que con frecuencia se hacen los bot�nicos, los agricultores y tambi�n aquellos que ocasionalmente riegan una maceta. Si las plantas conservaran toda el agua que absorben, pronto alcanzar�an enormes vol�menes, pero la realidad es que la mayor parte del agua que toman a trav�s de las ra�ces se evapora a la atm�sfera por la superficie de las hojas y, en menor escala, por tallos y ramas.

El hecho de que las plantas tengan tan amplia superficie de contacto con el aire, tiene tambi�n su lado desfavorable ya que, en ciertas circunstancias, este contacto ocasiona una evaporaci�n intensa del agua de las c�lulas de las hojas.

Para que el di�xido de carbono del aire pueda penetrar a las c�lulas de la hoja, es necesario que la superficie de �stas sea h�meda y que no existan barreras f�sicas de consideraci�n que impidan el contacto del aire con las c�lulas fotosint�ticas; as� que, a cambio de captar di�xido de carbono, las plantas se ven necesariamente sujetas a una intensa p�rdida de agua por evaporaci�n. Una planta de ma�z de 1.5 m de altura ha requerido aproximadamente 200 litros de agua para crecer y, sin embargo, s�lo contiene alrededor de 2 litros de agua. Por cada mol�cula de di�xido de carbono de la atm�sfera que una planta logra fijar, se pierden por lo menos 10 mol�culas de agua.

Como consecuencia de la intensa transpiraci�n de las plantas verdes, las ra�ces deben ser extensas para recuperar del suelo toda el agua que pierden las hojas. Se calcula que la ra�z de una planta adulta de cebada puede llegar a tener una superficie total de alrededor de 7 m² con un peso de s�lo medio kilogramo, as� que al dividir la superficie entre el volumen (s/v) resulta una cifra muy elevada. Este cociente puede servir para expresar matem�ticamente la importancia de ofrecer una amplia superficie de contacto al medio en los diferentes tipos de seres vivos. En la mayor�a de los animales tiende a ser una cifra peque�a. El cuadro I muestra una comparaci�n.

CUADRO I. Si expresamos la superficie (s) en dec�metros cuadrados (dm²) y el volumen (v) en dec�metros c�bicos (dm³), podremos comparar el cociente (s/v) entre un animal y una planta:

	Superficie	Volumen	s/v
Girasol	1000	6	166
Cerdo	200	500	0.4

La absorci�n de agua s�lo es posible cuando el suelo tiene bastante humedad, de manera que cuando �ste se seca las plantas pueden marchitarse; es decir, pierden m�s agua de la que pueden recuperar del suelo y como consecuencia de ello sus tejidos se deshidratan un poco, perdiendo la turgencia que normalmente tienen, las hojas pierden rigidez y penden fl�cidas de las ramas y, si la deficiencia de agua se prolonga por m�s tiempo o se intensifica, las plantas pueden llegar a morir por desecaci�n.

En muchos lugares de nuestro planeta, debido al clima, la desecaci�n del suelo ocurre regularmente cada a�o en determinada estaci�n o estaciones. Las plantas que viven en esos ambientes tienen mecanismos para prevenir el da�o que la desecaci�n puede causar. Si la sequ�a es una condici�n casi permanente de un lugar, como pasa en los desiertos, entonces las plantas que viven en ellos tienen caracter�sticas especiales que reducen a un m�nimo la p�rdida de agua, aunque tambi�n impiden un crecimiento r�pido. M�s adelante analizaremos con detalle estos casos.

Adem�s del agua, las ra�ces absorben del suelo otros elementos qu�micos que son esenciales para la vida de las plantas, pero que son requeridos en cantidades relativamente peque�as. Algunos de estos elementos forman parte de las mol�culas org�nicas importantes, otros tienen complejas funciones fisiol�gicas, otros s�lo se requieren para que alg�n proceso fisiol�gico muy espec�fico pueda realizarse y otros m�s �nicamente son necesarios para determinados tipos de plantas.

Todos estos elementos qu�micos entran en la planta disueltos en el agua, lo que incrementa a�n m�s la importancia del agua para la vida vegetal. El agua no s�lo es nutrimento necesario para la fotos�ntesis, tambi�n se requiere para compensar las p�rdidas por transpiraci�n y es al mismo tiempo el veh�culo que introduce a la planta otros nutrientes esenciales.

Los elementos minerales que utilizan las plantas tienen una distribuci�n y abundancia muy variables en el suelo y algunos de ellos son siempre relativamente escasos; por esto, la amplia superficie de contacto de la ra�z con el suelo tambi�n contribuye a facilitar la absorci�n de esos nutrientes.

La cantidad de nutrientes minerales disponibles puede llegar a afectar en forma importante el crecimiento de las plantas. Por ello, para mantener una alta productividad agr�cola con frecuencia se recurre al uso de fertilizantes como medio para enriquecer el contenido de nutrientes del suelo. Sin embargo, muchas plantas silvestres pueden encontrarlos y absorberlos aun en los suelos m�s pobres.

A pesar de su importancia, la gran mayor�a de los nutrientes minerales participan con una fracci�n muy peque�a en la composici�n total de una planta. En el cuadro II se presenta la composici�n del peso de una planta de ma�z reci�n recogida en un campo.

CUADRO II. Una planta de ma�z formada aproximadamente por ocho partes de agua y dos de materia seca, que es el remanente despu�s de quitar toda el agua que la planta contiene. Si analizamos la proporci�n que guardan los �tomos de los diferentes elementos en el total que compone la materia seca, encontramos lo siguiente:

Hidr�geno	48.6%	Magnesio	0.05%
Carbono	28.2 %	F�sforo	0.05%
Ox�geno	21.6 %	Calcio	0.04%
Nitr�geno	0.84%	Azufre	0.04%
Silicio	0.32%	Hierro	0.01%
Potasio	0.18%	Otros elementos	0.07%