Cinque Terre

Alfonso Bautista García

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Historia evolutiva de la flor

Se veía que la jóvena tenía días y noches con la pregunta rondándole la cabeza, así que la soltó sin titubear:
¿Por qué esa flor es de ese color, por qué tiene esa forma, por qué tiene ese olor?
La culpa es de la flor, Sup Galeano, diciembre 2016.

Amo el enervante perfume de las flores

Las flores han llamado la atención de distintas sociedades y tiempos. Hace diez mil años, nuestros antepasados establecieron relaciones estrechas con algunas plantas con flor que derivaron en su domesticación. Así es como tenemos maíz, trigo y arroz, alimentos básicos en todo el orbe. Además de alimento, las plantas con flor las utilizamos en los rituales y en los festejos, para adornar y aromatizar, como medicamento veneno o droga; las fibras que extraemos de ellas han servido para el vestido, obtenemos madera utilizada con distintos fines; son motivo para variadas expresiones culturales a través del arte –como el célebre poema de Nezahualcóyotl que viene impreso en los billetes de 100 pesos: Amo el canto del cenzontle, pájaro de cuatrocientas voces. / Amo el color del jade y el enervante perfume de las flores; / Pero amo más a mi hermano el hombre–. La humanidad utiliza cerca de mil especies de plantas con flor.

Flor de Wigandia urens (familia Namaceae). En la imagen, se señalan las partes de la flor para ilustrar lo que se dice en el texto. Esta flor tiene los pétalos fusionados formando un pequeño tubo cuyos bordes lobulados caen hacia el cáliz exponiendo los estambres y los estigmas del pistilo.

No es de extrañar que hayan llamado nuestra atención pues estas plantas se encuentran en casi todos los ecosistemas terrestres. Además, las angiospermas –que así se les denomina a las plantas con flor en la lengua de la botánica– constituyen el grupo más diverso de las plantas. A nivel mundial se tienen descritas alrededor de 369 mil especies distribuidas en 416 familias botánicas. En México se tienen aproximadamente, 23 mil 314 especies distribuidas en 297 familias, es el cuarto lugar mundial en diversidad de angiospermas, detrás de Brasil, China y Colombia. En el mundo, durante 2016, se determinaron mil 730 nuevas especies, incluyendo algunas mexicanas como las dos especies del género Mucuna (familia Fabaceae) que crecen en el estado sureño de Chiapas y de donde se puede extraer la sustancia L-dopa, utilizada en el tratamiento de la enfermedad de párkinson.

El misterio abominable

La flor es la estructura característica de las angiospermas, es el centro de sus procesos sexuales. Luego de ser polinizadas, las flores se transforman en frutos que serán importantes en la dispersión de las semillas. La flor está compuesta de cuatro órganos característicos dispuestos en verticilos o en espiral. (Se denomina verticilo al crecimiento de partes florales en un mismo plano.) Los cuatro verticilos florales son: el cáliz, que está formado por los sépalos; la corola, constituida por los pétalos –a estas dos partes juntas, se les suele denominar perianto–; después viene el androceo, compuesto por los estambres que portan el polen (la parte masculina de la flor); y, finalmente, en el centro, el gineceo, formado por el pistilo que contienen los óvulos (la parte femenina de la flor). Estos cuatro verticilos pueden fusionar sus partes entre sí, o puede que alguno no esté presente. Hay flores que tienen los dos sexos, otras tienen sólo los estambres (flor estaminada o masculina) y las que sólo tienen pistilo (flor pistilada o femenina). Lo que da la enorme diversidad floral.

Cladograma con los diagramas florales de los ancestros de ramas importantes de la filogenia de las angiospermas, al lado izquierdo, se anota el tiempo aproximado en el que pudieron vivir. Los diagramas florales muestran la disposición de las partes de cada verticilo, las más externas corresponden a los elementos de la corola y lo más internos corresponden al gineceo. El verde indica que en esas flores hay sépalos (en verde) y pétalos. Al mero centro está en el gineceo que en algunos diagramas está representado con círculos separados y otras veces una sola estructura, eso significa que, en el primer caso los carpelos están separados y en el segundo, fusionados. el cladograma nos muestra ramas que se van dividiendo, representando eventos de especiación y relaciones de ancestría común. Un cladograma representa la filogenia del grupo que se trate, en este caso, la filogenia de las angiospermas. Los autores titulan así esta gráfica: Escenario simplificado de la fase temprana de la diversificación floral como se infiere de nuestro análisis.
Tomado de Hervé Sauquet, et al., 2017, p.7.

A pesar de conocer muchas cosas sobre las angiospermas, desconocemos muchas más, sobre el origen de la flor –que aún es un tema no resuelto– y su temprana diversificación. Para Darwin, la aparición súbita en el registro fósil de las flores y su rápida tasa de diversificación durante el Cretácico era muy desconcertante e, incluso, en una carta dirigida al botánico Joseph Hooker en julio de 1879, llegó a llamarle “misterio abominable”, ya que este patrón de aparición súbita, no cuadraba con su inclinación por las explicaciones graduales en la evolución de las especies. Darwin escribió, en el capítulo 7 de El Origen de las especies, “Es casi indudable que muchas especies se han desarrollado de un modo sumamente gradual.” Así las cosas, desde los tiempos de Darwin, el origen de las angiospermas y su diversificación temprana ha ocupado la atención de la biología evolutiva. Pero, ¿cómo era la flor ancestral?

Los medios y la ciencia

El jueves 3 de agosto, en el cierre del noticiero nocturno “En Punto” del canal 2 de Televisa, Denisse Maerker dio la nota:

“Una primera flor, de la que se derivaron todas las flores que conocemos. Científicos de la Universidad de Paris-Sur, reconstruyeron, a partir de modelos matemáticos, la primera [flor] y luego de ahí las siguientes flores, son esas [muestran en pantalla un cladograma circular con fotografías de flores actuales]. Como no hay restos fósiles, debido a la estructura blanda de las flores, se tuvo que hacer así. Según la revista Nature, la flor ancestral era hermafrodita y tenía 5 órganos reproductores masculinos y femeninos.”

La nota, breve, está llena de imprecisiones. No lo sé de cierto, pero parece que la escribieron tomando en cuenta otras notas y reseñas periodísticas sin ir a la fuente original. Lo que sí se sabe es que el 1 de agosto, el portal de la publicación Nature Communications, subió un artículo –de acceso libre–, que reconstruye la flor del más reciente ancestro común de las angiospermas actuales. El artículo fue escrito por investigadores de 13 países: Francia, Austria, México, EU, Suiza, Reino Unido, Chile, Alemania, Brasil, Australia, Portugal, Suecia y China. Los científicos trabajan en equipos especializados que unen sus habilidades para resolver problemas complejos. De México participó el Instituto de Biología de la UNAM con Susana Magallón –especialista en biología evolutiva, reconocida a nivel mundial– y Rebeca Hernández, quienes contribuyeron con árboles filogenéticos y datos moleculares.

Las investigadoras realizaron un viaje a las profundidades del tiempo recobrando parte de la evolución de las angiospermas durante sus primeros 40 millones de años de existencia, en el Cretácico temprano. Reconstruyeron seis flores ancestrales: las magnolidas, las monocotiledóneas, las eudicotiledóneas, las asteride, las pentapétalas y, por supuesto, lo central del artículo, la flor del más reciente ancestro común de las angiospermas vivas.

Las reconstrucciones son aproximaciones, por eso enfatizan que es un escenario posible y que existen otros alternativos. La ciencia no tiene verdades absolutas, investiga y muestra la explicación más probable.

La flor ancestral se obtuvo analizando, por vez primera, el más grande conjunto de datos florales disponible hasta el momento, más de 13 mil datos referenciados sobre distribución de las características florales en las plantas vivas, estimación de sus filogenias, datación paleobotánica y molecular, y modelos de evolución morfológica. Estos datos fueron analizados con tres distintos modelos de probabilidad: máxima parsimonia, máxima verosimilitud y cadenas de Markov Monte Carlo con salto reversible. Utilizando estos métodos, se infirieron 27 características florales. Los resultados de cada análisis se compararon entre sí y, siendo coincidentes, le dieron mayor robustez a la reconstrucción.

La flor ancestral

Vista apical de la flor ancestral.
Fotograma tomado de Supplementary movi 1 en: https://www.nature.com/articles/ncomms1604#supplementary-information

El más reciente ancestro común de las angiospermas, vivió hace 140 millones de años. Sus flores eran bisexuales (hermafroditas), tenían simetría radial (flor actinomorfa, en la lengua botánica), el perianto era indiferenciado, los sépalos eran iguales a los pétalos, se les conoce a ambos como tépalos, y se disponían en cuatro verticilos, cada uno con tres tépalos libres; el androceo constaba de cuatro verticilos con tres estambres cada uno y el gineceo tenía seis carpelos libres dispuestos en espiral. Un carpelo es una hoja modificada que envuelve a los óvulos, forman el pistilo y después de la polinización se vuelve fruto. La flor ancestral tenía más de diez tépalos, más de 10 estambres, más de cinco carpelos por lo puede variar con respecto al número de verticilos del perianto y del androceo.

Aunque no se han encontrado fósiles de flores de más de 130 millones de años, en el Aptiano–Albiano, hacia el final del Cretácico temprano, entre 120 y 100 millones de años, las flores que eran trímeras y dispuestas en verticilos eran más diversas que las que se disponían en espiral, lo que es una evidencia de que fue primero el verticilo que la espiral. Esto es consistente con el modelo de los investigadores.

La reconstrucción plantea nuevos escenarios para la evolución temprana de la estructura floral. Dentro de la teoría ortodoxa, se piensa que la flor ancestral tendría que tener una disposición espiral de las partes, como en los nenúfares actuales –representantes de una estirpe muy antigua–, pero esta reconstrucción establece que, en las flores ancestrales, las partes de los órganos tenían una disposición en verticilos. Como la mayoría de las flores actuales tienen un verticilo para la corola, otro para el cáliz y uno o dos para el androceo, se piensa que las angiospermas evolucionaron reduciendo verticilos tanto del perianto como del androceo lo que permitió que fueran mejores para proteger e interactuar con un polinizador. Asimismo, los investigadores piensan que la reducción de verticilos del perianto condujo a la diferenciación del perianto en sépalos y pétalos.

El arte y la ciencia

La imagen es muy atrayente para el ojo humano, por eso no basta la abstracción de la descripción, en las reconstrucciones hay que ofrecer una imagen que son hipótesis sobre cómo serían las cosas. El rostro, por ejemplo, puede ser reconstruido con ciertos datos. El siglo XXI revivió los rostros de Copérnico y de Robespierre. También, con gran ruido, mostraron el rostro de Cristo, que en realidad era la reconstrucción de un rostro de otro hombre, contemporáneo de Jesús.

No con tanta precisión como las de rostros, el artículo muestra lo que es más atrayente la imagen de la flor ancestral. Para crear el modelo 3D digital, se obtuvo un diagrama floral que muestra la disposición de las partes de los órganos de la flor en dos dimensiones. A continuación, modelaron la flor en arcilla de aceite sobre estructuras metálicas. Luego se tomaron fotografías al modelo de arcilla y se procesaron digitalmente para crear una reconstrucción 3D digital que muestran en un video y en la fotografía que circuló por todo el mundo.

Debido a razones artísticas y prácticas, se tomaron decisiones arbitrarias forma, del tamaño y los colores de los órganos, ya que estas características no fueron obtenidas del estudio, por lo que muchas otras reconstrucciones sobre el aspecto que tenía la flor ancestral son posibles respetando el número de piezas por órgano y las características de número mínimo de tépalos, estambres y carpelos.

El estudio no trata sobre el origen de la flor, primer “misterio abominable” para Darwin, sino que explica los primeros pasos en la diversifi-cación de las angiospermas, segundo “misterio abominable”. Así, paso a paso, se devela la historia evolutiva de la flor.


Bibliografía

Hervé Sauquet, Maria von Balthazar, Susana Magallón, et al. (2017) The ancestral flower of angiosperms and its early diversifi cation Nature Communications.
Judith Márquez Guzmán (2013) Biología de angiospermas. Facultad e Ciencias, UNAM.
State of the world’s plants, 2017 Kew Royal Botanical Gardens. William E. Friedman (2009) The meaning of darwin’s “abominable mystery” American Journal of Botany 96(1): 5–21.

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