I. RECURSOS PARA LA VIDA DE LAS PLANTAS

DEBIDO a la naturaleza de nuestra propia fisiología, asociamos los procesos básicos de apropiación 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 demás animales terrestres y en la mayor parte de los acuáticos.

Para poder introducir los alimentos al cuerpo tenemos primero que atraparlos y después ingerirlos. Para tomar agua primero debemos buscarla y después beberla y para respirar tenemos que bombear continuamente aire hacia el interior de nuestro cuerpo. Sólo con movimiento obtenemos los elementos básicos 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 descomposición. 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 también respiran, pero lo hacen de una manera radicalmente distinta a la nuestra, entre otras razones porque carecen de movimiento aparente y además porque tienen la capacidad de llevar a cabo una serie de procesos químicos inexistentes en los animales. Las plantas absorben activamente los recursos que utilizan para vivir, pero lo hacen a una escala microscópica 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 función.

Plantas y animales requieren de energía para que puedan tener lugar los procesos químicos 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 básica de energía es la luz del Sol: a partir de ella deriva la fuerza necesaria para generar todos sus componentes químicos, efectuar sus movimientos y crecer. Los animales no pueden utilizar la energía solar directamente como lo hacen las plantas, por lo que tienen que derivar la energía que requieren de estos organismos o indirectamente de animales que comen plantas. Para los animales son indispensables los compuestos cargados de energía que las plantas producen y que forman parte de su estructura.

La vida en nuestro planeta tiene como base ese proceso de absorción de energía solar que sólo las plantas verdes pueden efectuar, de manera que todos los demás seres vivos finalmente dependen de ellas para sobrevivir. En la figura 1 hemos representado diagramáticamente el camino que sigue la energía que genera la vida en la Tierra. Posiblemente exista algún otro planeta en el universo, habitado por seres vivos, en el que las cosas funcionen de otra manera, pero en la Tierra, la vida sólo 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 están relacionados entre sí formando ecosistemas. Las plantas constituyen el punto de partida por su estrecha relación con el mundo inorgánico, ellas captan la energía solar y toman los recursos inorgánicos; después de procesarlos son transferidos a los demás seres vivos que no efectúan la función básica de la fotosíntesis.

El proceso por el cual las plantas utilizan la energía de la luz solar para desarrollar algunas reacciones químicas se llama fotosíntesis. Este conjunto de procesos químicos es sumamente complejo; sin embargo, ya ha sido descrito y estudiado por los científicos (fisiólogos de plantas) con mucho detalle y profundidad. La fotosíntesis tiene lugar en los órganos verdes de las plantas, principalmente en las hojas. Consiste en la transformación de dos compuestos tomados del medio externo: un gas llamado dióxido de carbono (C0₂) y un líquido, el agua (H2O). Estas sustancias, muy estables, pueden llegar a combinarse para formar compuestos orgánicos.

Los compuestos orgánicos son las moléculas más características que forman a los seres vivos. Su principal sustancia estructural es el carbono, que forma el esqueleto de todos los compuestos orgánicos; así que la materia viva deshidratada se forma principalmente por carbono, al cual se encuentran unidos elementos como el hidrógeno, oxígeno, etcétera.

La energía luminosa necesaria para la fotosíntesis puede ser utilizada gracias a la presencia de pigmentos especiales que efectúan esa función. El más 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 esquemáticamente y en forma muy simplificada el proceso de la fotosíntesis.

 

Figura 2. Diagrama simplificado de la fotosíntesis: a través de un complejo sistema captador de energía, formado a partir de la clorofila y otros pigmentos, las plantas verdes transforman compuestos simples y estables: dióxido de carbono y agua en compuestos orgánicos básicos que darán origen a todos los demás compuestos orgánicos que forman a los seres vivos.

Así bien, las plantas, a diferencia de los animales, no capturan activamente masas densas de compuestos alimenticios; en lugar de ello absorben moléculas aisladas a través 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 moléculas de dióxido de carbono presentan una concentración muy baja en la atmósfera: constituyen aproximadamente el 0.03% de los gases atmosféricos. Los gases más abundantes son el nitrógeno y el oxígeno, de manera que el dióxido de carbono es sólo un componente secundario de la atmósfera; 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 órganos fotosintéticos con el aire. Una hoja no sólo es plana, es también en gran parte hueca, de manera que muchas de sus células están en contacto o a poca distancia del aire del que procede el dióxido de carbono que requieren. Otra razón por la cual casi todas las hojas son planas y dispuestas generalmente en posición horizontal, es que de esta manera ofrecen una mayor exposición a la luz solar directa, captando así más luz con el menor volumen. De este modo la fotosíntesis se efectúa con la mayor eficiencia posible.

En resumen, podemos decir que los compuestos orgánicos que forman parte de los alimentos son tomados por los animales y otros seres vivos no fotosintéticos inicialmente de las plantas, que son su única fuente. Estas, en cambio, puede producirlos de manera directa a partir de sus precursores químicos inorgánicos: dióxido de carbono, agua y minerales, utilizando para ello la energía de la luz solar que captan por medio de sus órganos verdes. Los compuestos así formados pasan a formar parte de la estructura de las plantas.

Con estas ideas es posible ver de manera clara la razón por la cual la parte aérea de las plantas, principalmente ramas y hojas, tiene una superficie de contacto con el ambiente tan extensa, en comparación con la de los animales. Las plantas obtienen de la atmósfera esencialmente dos cosas: moléculas muy dispersas y distribuidasen el aire, más o menos uniformemente, de dióxido de carbono y energía luminosa procedente del Sol. Estas dos cosas, más 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 sólo tienen un orificio de entrada en toda la superficie de su cuerpo.

Una planta de maíz adulta llega a tener una superficie total de contacto con la atmósfera superior a los 10 m², sin contar los espacios huecos del interior de las hojas. Un ser humano adulto quizá llegue sólo a 2 m², sin contar naturalmente los espacios huecos de los pulmones y el aparato digestivo, que en cierta manera también están en contacto con un medio ambiente modificado de donde se absorben el oxígeno y los alimentos. En la figura 3 se muestra una comparación entre una planta y un animal por lo que respecta a superficie exterior.

 

Figura 3. Se compara aquí 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 más extensa.

Más adelante veremos cómo cambia la superficie de contacto de las plantas con el aire a través de las estaciones del año y la importancia que esto tiene en la sobrevivencia.

En las líneas anteriores hemos visto algo acerca de la absorción de recursos a través de la parte aérea de las plantas. Sin embargo, ¿qué ocurre con la parte de las plantas que crece bajo la superficie del suelo? A través de las raíces de las plantas se absorben también sustancias esenciales para la vida vegetal, principalmente agua y con ella otros elementos que, en cantidades relativamente pequeñas, forman parte de moléculas orgánicas o participan en algunas reacciones químicas vitales.

Al igual que la parte aérea de las plantas, las raíces se ramifican y se extienden dentro de un gran volumen de suelo, en relación con su propio peso, aumentándose así la superficie a través de la cual pueden absorber el agua y los nutrientes minerales que se encuentran disueltos en ella.

En la figura 4 mostramos la relación que existe entre la superficie aérea y la superficie subterránea de una planta. A veces las dos superficies son equivalentes, con el tallo actuando como puente de unión entre ambas. En lugares secos, las raíces tienden a ser más extensas y ocupar un mayor volumen que en lugares húmedos. En lugares intermedios, la superficie de la raíz puede ser equivalente a la de las hojas de una planta.

 

Figura 4. La superficie de contacto de las raíces con el volumen de suelo en que penetran tiende a ser equivalente a la de la copa, de manera que la absorción de agua compensa la pérdida por transpiración durante la estación de crecimiento.

¿Cuánta agua necesita una planta? Ésta es una pregunta importante que con frecuencia se hacen los botánicos, los agricultores y también aquellos que ocasionalmente riegan una maceta. Si las plantas conservaran toda el agua que absorben, pronto alcanzarían enormes volúmenes, pero la realidad es que la mayor parte del agua que toman a través de las raíces se evapora a la atmósfera 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 también su lado desfavorable ya que, en ciertas circunstancias, este contacto ocasiona una evaporación intensa del agua de las células de las hojas.

Para que el dióxido de carbono del aire pueda penetrar a las células de la hoja, es necesario que la superficie de éstas sea húmeda y que no existan barreras físicas de consideración que impidan el contacto del aire con las células fotosintéticas; así que, a cambio de captar dióxido de carbono, las plantas se ven necesariamente sujetas a una intensa pérdida de agua por evaporación. Una planta de maíz de 1.5 m de altura ha requerido aproximadamente 200 litros de agua para crecer y, sin embargo, sólo contiene alrededor de 2 litros de agua. Por cada molécula de dióxido de carbono de la atmósfera que una planta logra fijar, se pierden por lo menos 10 moléculas de agua.

Como consecuencia de la intensa transpiración de las plantas verdes, las raíces deben ser extensas para recuperar del suelo toda el agua que pierden las hojas. Se calcula que la raíz de una planta adulta de cebada puede llegar a tener una superficie total de alrededor de 7 m² con un peso de sólo medio kilogramo, así que al dividir la superficie entre el volumen (s/v) resulta una cifra muy elevada. Este cociente puede servir para expresar matemáticamente la importancia de ofrecer una amplia superficie de contacto al medio en los diferentes tipos de seres vivos. En la mayoría de los animales tiende a ser una cifra pequeña. El cuadro I muestra una comparación.

CUADRO I. Si expresamos la superficie (s) en decímetros cuadrados (dm²) y el volumen (v) en decímetros cúbicos (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 absorción de agua sólo es posible cuando el suelo tiene bastante humedad, de manera que cuando éste se seca las plantas pueden marchitarse; es decir, pierden más 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 flácidas de las ramas y, si la deficiencia de agua se prolonga por más tiempo o se intensifica, las plantas pueden llegar a morir por desecación.

En muchos lugares de nuestro planeta, debido al clima, la desecación del suelo ocurre regularmente cada año en determinada estación o estaciones. Las plantas que viven en esos ambientes tienen mecanismos para prevenir el daño que la desecación puede causar. Si la sequía es una condición casi permanente de un lugar, como pasa en los desiertos, entonces las plantas que viven en ellos tienen características especiales que reducen a un mínimo la pérdida de agua, aunque también impiden un crecimiento rápido. Más adelante analizaremos con detalle estos casos.

Además del agua, las raíces absorben del suelo otros elementos químicos que son esenciales para la vida de las plantas, pero que son requeridos en cantidades relativamente pequeñas. Algunos de estos elementos forman parte de las moléculas orgánicas importantes, otros tienen complejas funciones fisiológicas, otros sólo se requieren para que algún proceso fisiológico muy específico pueda realizarse y otros más únicamente son necesarios para determinados tipos de plantas.

Todos estos elementos químicos entran en la planta disueltos en el agua, lo que incrementa aún más la importancia del agua para la vida vegetal. El agua no sólo es nutrimento necesario para la fotosíntesis, también se requiere para compensar las pérdidas por transpiración y es al mismo tiempo el vehículo que introduce a la planta otros nutrientes esenciales.

Los elementos minerales que utilizan las plantas tienen una distribución y abundancia muy variables en el suelo y algunos de ellos son siempre relativamente escasos; por esto, la amplia superficie de contacto de la raíz con el suelo también contribuye a facilitar la absorción 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 agrícola 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 más pobres.

A pesar de su importancia, la gran mayoría de los nutrientes minerales participan con una fracción muy pequeña en la composición total de una planta. En el cuadro II se presenta la composición del peso de una planta de maíz recién recogida en un campo.

CUADRO II. Una planta de maíz formada aproximadamente por ocho partes de agua y dos de materia seca, que es el remanente después de quitar toda el agua que la planta contiene. Si analizamos la proporción que guardan los átomos de los diferentes elementos en el total que compone la materia seca, encontramos lo siguiente:

Hidrógeno	48.6%	Magnesio	0.05%
Carbono	28.2 %	Fósforo	0.05%
Oxígeno	21.6 %	Calcio	0.04%
Nitrógeno	0.84%	Azufre	0.04%
Silicio	0.32%	Hierro	0.01%
Potasio	0.18%	Otros elementos	0.07%