Resistencia

Las semillas vivas más antiguas que se encuentran en la Tierra germinaron después de descansar más de 30,000 años en los suelos del Ártico. Pero en los trópicos húmedos, las semillas no duran. "Una semilla longeva en los trópicos probablemente tiene solo unas décadas de antigüedad. Esto puede no parecer mucho tiempo, pero es fundamental restablecer los árboles después de la deforestación y garantizar la supervivencia de las especies", comentó Camilo Zalamea, investigador postdoctoral y autor principal de un nuevo documento del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales en Panamá.

Las semillas de pioneros tropicales, árboles que restablecen un bosque después de la tala, inundación, sequía o fuego, necesitan estrategias para superar los dos desafíos que enfrenta cada semilla: 1) mantenerse viva hasta que se den las condiciones adecuadas para crecer en una nueva planta, y 2) evitar ser devorada por los depredadores y descompuesto por los microbios del suelo.

Aunque las aves, los murciélagos o el viento pueden esparcir las semillas de los bosques cercanos, muchas de las plántulas que inician un nuevo bosque emergen de semillas enterradas durante mucho tiempo en el suelo, es decir, del banco de semillas del suelo. "Por primera vez, estamos estableciendo la conexión entre la latencia de la semilla -las características que hacen posible que una semilla espere hasta que las condiciones ambientales sean adecuadas para el crecimiento y las defensas de la semilla- las características que usa la semilla para evitar ser comida o descompuesta", Explicó Jim Dalling, investigador asociado de STRI y profesor en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign.

"Encontramos que en general, las especies de árboles pioneros tienen tres estrategias diferentes para sobrevivir en el banco de semillas. Las especies que adoptan una de estas estrategias comparten características comunes o "síndromes de defensa de semillas". Por ejemplo, algunas semillas pueden protegerse físicamente al producir una capa externa muy dura que dificulta que los animales o microorganismos lleguen a los tejidos vivos del interior. Otras semillas sobreviven porque producen compuestos químicos para disuadir a los depredadores y los patógenos. Y algunas semillas son efímeras, invierten poco en defensa física o química, pero pueden estar protegidas por microbios especiales que seleccionan del suelo", comentó Zalamea.

Defender las semillas es costoso y requiere una inversión de recursos del árbol madre. Para 16 de las especies de árboles pioneros más comunes en Panamá, el equipo de investigación evaluó las defensas físicas de las semillas, preguntándose: ¿Cuán difícil es romper la semilla, qué espesor tiene la cubierta de la semilla, ¿qué tan permeable es la cubierta de la semilla y cuán pesada es la semilla? También evaluaron las defensas químicas de estas, observando la presencia y abundancia de químicos protectores y probando la toxicidad de los extractos de semillas.

"Descubrimos que la cantidad que una semilla invierte en defenderse está directamente relacionada con el tiempo que dura en el suelo. Por ejemplo, las semillas que son capaces de persistir durante largos períodos en el suelo dependen más de las defensas químicas, mientras que las especies con menor persistencia dependen más de las defensas físicas", comentó Betsy Arnold, investigadora de STRI y profesora de la Universidad de Arizona. Entonces, este trabajo ayuda a resolver cómo las semillas pueden permanecer vivas en el banco de semillas del suelo durante meses o años en los bosques tropicales.

Comprender cómo las semillas evaden o repelen plagas y enfermedades tiene una amplia aplicación más allá de los bosques tropicales. Las enfermedades de nuestros principales cultivos de semillas (arroz, trigo y maíz) le cuestan a la agricultura mundial miles de millones de dólares al año en rendimiento perdido y representan una amenaza significativa para la seguridad alimentaria mundial. No obstante, sabemos muy poco sobre cómo las plantas defienden sus semillas contra los enemigos, o cómo las defensas de las semillas se alinean con otras propiedades de las semillas. "En nuestro estudio, descubrimos que las semillas pioneras tropicales se defienden usando tres síndromes diferentes de latencia-defensa; Esperamos que esta información se pueda utilizar para desarrollar prácticas más efectivas para la producción de cultivos y el manejo de malezas, restaurar la vegetación natural y generar una mejor comprensión de la dinámica de la comunidad de plantas naturales", explicó Adam Davis, científico del Departamento de Agricultura de EE. UU.

Esta investigación fue financiada por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF DEB-1120205, DEB-1119758) y la Fundación Simons. 

Ref. Zalamea, P-C, Dalling, J.W., Sarmiento, C. et al. 2018. Dormancy-defense syndromes and trade-offs between physical and chemical defenses in seeds of pioneer species. Ecology. doi: 10.1002/ecy.2419