mecanismos de defensa de plantas

¿Cómo se defienden las plantas? Mecanismos de defensa

Una de las características principales de las plantas, que comparten con los hongos, es que son organismos sésiles. Es decir, los individuos adultos carecen de la capacidad de desplazarse. Esto determina que sean incapaces de huir de condiciones desfavorables o del ataque de depredadores, por lo que han desarrollado una serie de respuestas adaptativas para hacer frente al ambiente en el que se encuentran. En este artículo haremos un repaso de los principales mecanismos de defensa de las plantas frente a los animales herbívoros.

Mecanismos de defensa de las plantas

Barreras físicas frente a herbívoros

Dependiendo de la dieta, los herbívoros pueden alimentarse de diferentes partes de las plantas: algunos devoran las hojas, otros las semillas, o bien perforan tallos o raíces para alimentarse de la savia.

Diferentes especies vegetales han desarrollado respuestas comunes que están orientadas a minimizar el impacto de estos ataques, provocando que el animal en cuestión busque otra planta de la que alimentarse. Son los mecanismos de defensa de las plantas basados en barreras físicas.

Reducción de la palatabilidad

Así, una respuesta extendida es la reducción en la palatabilidad de los tejidos blandos, mediante la acumulación de moléculas que dificultan la masticación y no son fácilmente digeribles por los animales. Tres moléculas ampliamente producidas por las plantas a tal efecto son la celulosa, la hemicelulosa y la lignina. 

mecanismo de defensa de las plantas acacia negra
Imagen 1. Las espinas son una estructura defensiva frente a herbívoros presente en multitud de especies vegetales. En la imagen, espinas en el tronco de una acacia negra. Foto de Luis Fernández García L. Fdez. / 2005-06-05 / Barrio del Pilar, Madrid.

La celulosa es un polímero formado por monómeros de glucosa. La enzima necesaria para degradar la celulosa se llama celulasa y es generalmente aceptado que ninguna especie animal puede producirla, solo la poseen hongos y bacterias, por lo que aquellos animales que se alimentan de celulosa (como los rumiantes) la digieren gracias a la relación de simbiosis con bacterias productoras de celulasa.

En cuanto a la hemicelulosa, es un polímero compuesto por diferentes tipos de monosacáridos. Al igual que en el caso anterior, la degradación de esta biomolécula es llevada a cabo por enzimas de origen bacteriano.

Finalmente, de las tres biomoléculas mencionadas previamente la lignina es la más compleja y resistente. Se trata de una red polifenólica, que contiene numerosos anillos aromáticos y tiene una composición heterogénea. Solo unos pocos hongos son capaces de degradar la lignina mediante enzimas, particularmente aquellos que crecen sobre la corteza de los árboles.

Las plantas acumulan celulosa y hemicelulosa en sus paredes celulares, mientras que la lignina se acumula en el tronco de los árboles, así como en algunas raíces y alrededor de las semillas de varias especies. Un caso extremo de esto último es la acumulación de lignina en los cocos.

Estas biomoléculas no son la única barrera física frente a los herbívoros. Las gramíneas acumulan silicio en sus hojas, que desgastan los dientes de los animales y las mandíbulas de los insectos. Animales herbívoros como los rumiantes tienen dientes que crecen de forma continuada y dotados de grandes coronas para contrarrestar este desgaste. En algunos casos como el de la hierba de la Pampa, Cortaderia selloana, la acumulación de silicio en las hojas llega hasta el punto en que estas no son comestibles por ningún herbívoro. De hecho, el nombre de la planta proviene de la peculiaridad de que sus hojas pueden cortar la piel si se pasa la mano por ellas.

Otro mecanismo de defensa de las plantas basado en el silicio son las espinas de las hojas de las ortigas. Dichas espinas son muy afiladas pero frágiles, por lo que perforan la piel del animal a la vez que se rompen, derramando su contenido en la herida, principalmente ácido fórmico, que causa escozor.

En cuanto a aquellos herbívoros que perforan el tallo para alimentarse de la savia, las plantas responden a este tipo de ataque mediante la producción de resinas o látex pegajosos e irritantes.

Otras barreras físicas

También hay plantas que disponen de espinas lignificadas en el tallo, como las zarzas o las acacias. Esto supone una barrera eficaz frente a herbívoros de gran tamaño.

Las hojas también pueden disponer de espinas (como las del acebo), o bien sufrir una modificación por la que pierden todo tejido blando y se transforman completamente en espinas (como es el caso de los cactus), impidiendo que la planta pueda ser comida por un animal.

Otra barrera adicional es la producción de ceras en la superficie de hojas y frutas, lo cual las vuelve impermeables y reduce la vulnerabilidad frente a patógenos y ciertos insectos.

Poniendo en conjunto todo lo anterior, un ejemplo de hoja bien protegida sería la del acebo, pues se trata de un tejido endurecido, cubierto de cera y cuyos bordes están protegidos por espinas.

Imagen 2. Las plantas utilizan distintas estrategias para condicionar el comportamiento de los animales. En el caso del acebo, las hojas disponen de barreras físicas que impiden que sean comidas, mientras que los frutos son comestibles para algunos animales y tienen un color llamativo (especialmente en invierno), lo que favorece la dispersión de las semillas por aves y mamíferos. Sin embargo, estos frutos son tóxicos para los humanos, pues poseen diversos alcaloides.

Otro ejemplo de defensa compleja serían las semillas del castaño, que están protegidas por una cubierta dura (que forma la piel de la castaña) que a su vez está envuelta por una capa protectora de espinas.

Defensas químicas de las plantas

Además de todas las barreras físicas mencionadas anteriormente, las plantas cuentan con un arsenal muy completo de moléculas químicas que son perjudiciales para los herbívoros. Son los mecanismos de defensa de las plantas basados en defensas químicas.

Mientras que las defensas físicas están orientadas a disuadir a los herbívoros, pudiendo herirlos, algunos compuestos químicos son capaces de matarlos. De forma general, las moléculas defensivas químicas se dividen en dos categorías: toxinas cuantitativas y toxinas cualitativas.

Toxinas cualitativas

Las toxinas cualitativas son las más potentes, bastando una pequeña cantidad para causar un gran efecto. Esto es beneficioso para la planta, pues así necesita producir menos cantidad de toxinas y puede destinar más recursos al crecimiento.

Sin embargo, los herbívoros especialistas (como algunos insectos) desarrollan inmunidad frente a las toxinas cualitativas, llegando incluso a “secuestrarlas”. Esto es, el herbívoro incorpora la toxina a su organismo y la usa para defenderse frente a depredadores.  

Las toxinas cualitativas incluyen a los alcaloides, algunos de los cuales resultan muy tóxicos para los humanos, como la estricnina, la ricina, la escopolamina o la digitalina, entre otros muchos.

Nuez vómica de donde se extrae la estricnina que se usa como plaguicida para matar pequeños vertebrados como aves y roedores. De J.M.Garg – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6361532

Por otra parte, también hay alcaloides que pese a ser tóxicos no resultan letales para los seres humanos, y tienen ciertos usos comerciales o médicos, como la cafeína, la nicotina, la cocaína o la morfina. Otro tipo de toxina cualitativa que está presente en las semillas de algunas plantas es el cianuro de hidrógeno.

Toxinas cuantitativas

Por su parte, las toxinas cuantitativas son menos tóxicas que las cualitativas, afectan tanto a herbívoros especialistas como generalistas, y la planta los produce en mayor cantidad (de ahí su nombre).

Los dos grupos principales de toxinas cuantitativas son los terpenoides y los compuestos fenólicos. Algunos terpenoides son compuestos aromáticos, como la citronela, el mentol o el alcanfor y muchos aceites esenciales que como vemos son mecanismos de defensa de las plantas.

Compuestos fenólicos conocidos son los taninos, los flavonoides, la lignina antes mencionada y los cannabinoides. De este grupo resultan interesantes los taninos, que se unen a las enzimas digestivas de los insectos, causando su muerte. Es la molécula que da su color característico al vino tinto y la astringencia a algunas frutas como el caqui. 

Como hemos visto, las plantas disponen de una amplia gama de mecanismos para defenderse de los herbívoros. Sin embargo, también disponen de recursos para atraer a animales que realizan funciones útiles, como las flores de colores llamativos para atraer insectos polinizadores o los frutos con una parte comestible que favorecen la dispersión de las semillas por parte de animales (especialmente aves).

Un ejemplo inusual de defensa mutualista es el de las acacias y las hormigas. Los árboles poseen espinas huecas en sus ramas, que sirven de protección frente a grandes herbívoros, y que a su vez sirven de refugio a las hormigas, que defienden la planta de otros insectos con intenciones menos amigables.

Fuentes:

  1. Whittaker, Robert H. (1970). «The biochemical ecology of higher plants». In Ernest Sondheimer; John B. Simeone (eds.). Chemical ecology. Boston: Academic Press. pp. 43–70. ISBN 978-0-12-654750-4.
  2. Young, Truman P.; Cynthia H. Stubblefield; Lynne A. Isbell (January 1997). «Ants on swollen-thorn acacias: species coexistence in a simple system». Oecologia. 109 (1): 98–107.
  3. Rhoades, David F (1979). «Evolution of Plant Chemical Defense against Herbivores». In Rosenthal, Gerald A.; Janzen, Daniel H. (eds.). Herbivores: Their Interaction with Secondary Plant Metabolites. New York: Academic Press. pp. 3–54.
  4. Frew, A.; Powell, J. R.; Sallam, N.; Allsopp, P. G.; Johnson, S. N. (2016). «Trade-offs between silicon and phenolic defenses may explain enhanced performance of root herbivores on phenolic-rich plants». Journal of Chemical Ecology. 42 (8): 768–771.
  5. Foto de portada Pictures from Longwood Gardens taken by Raul654 On May 1, 2005.

Rubén Portela
Biólogo, doctorado en ecología por la Universidad de A Coruña. Apasionado por la ciencia y enamorado desde la infancia de la naturaleza y los animales, especialmente la biología marina y los insectos.