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¿Cómo crecen las plantas en gravedad cero?
La gravedad es integral para todos los organismos de la Tierra. Influye en todos los aspectos de nuestra fisiología, comportamiento y desarrollo, no importa lo que seas, evolucionas en un ambiente que está fuertemente arraigado gravitacionalmente en la tierra.
Pero ¿qué pasa si renuncias a tu entorno y te encuentras en una situación fuera de la experiencia evolutiva? Los biólogos que cultivan plantas en el laboratorio a menudo hacen esta pregunta. Los experimentos comienzan en la Tierra, pero gradualmente se mueven hacia el espacio. ¿Qué podría ser más nuevo en una planta que las condiciones de microgravedad en el espacio?
Al estudiar cómo las plantas responden a la vida en el espacio, podemos aprender más sobre cómo se adaptan a los cambios ambientales. Las plantas no sólo son esenciales para la vida terrenal; también pueden ser esenciales para nuestra exploración del universo. Mientras nos preparamos para la futura colonización, es importante entender cómo nuestras plantas pueden adaptarse a la vida en otros planetas, porque pueden convertirse en una fuente constante de alimentos, agua y aire para futuros colonos.
Así que incluso mientras estamos en el suelo, a bordo de la Estación Espacial Internacional, la investigación está en marcha. Ya nos han dado algunas sorpresas sobre el crecimiento de la microgravedad y han cambiado la forma en que pensamos en el crecimiento de plantas en la Tierra.
Aprender la serenidad de las plantas
Las plantas son adecuadas para estudiar tensiones ambientales. Debido a que se pegan en un lugar — los biólogos los llaman sessilent— las plantas tienen que ser inteligentes sobre todo lo que el medio ambiente les presenta. Ir a un lugar mejor no funcionará, cambiar el ambiente también.
Sin embargo, las plantas pueden cambiar el ambiente interno, y las plantas son maestros de manipular su metabolismo, lo que les ayuda a hacer frente a las perturbaciones del medio ambiente. Es por eso que utilizamos plantas en nuestra investigación; podemos contar con ellas como reporteros sensibles para el cambio ambiental, incluso en entornos relativamente nuevos como el vuelo espacial.
La gente ha estado interesada en cómo las plantas reaccionan a la luz espacial desde que tenemos la oportunidad de ir allí.
El vuelo espacial requiere cámaras de crecimiento especiales, herramientas especiales para observar y recoger muestras y, por supuesto, personas especiales que se encargarán del experimento en órbita.
Un experimento típico comienza en la Tierra en un laboratorio plantando semillas de Arabidopsis dormidas en platos petri con gel nutriente. Este gel (a diferencia del suelo) se mantiene en su lugar en gravedad cero y proporciona a la planta el agua y los nutrientes necesarios. Estas plantas están entonces envueltas en tela oscura, llevadas al Centro Espacial Kennedy y cargadas en la cápsula Dragón encima de un cohete Falcon 9 que vuela al ISS.
Después del atraco, el astronauta carga las tazas en el equipo de cultivo de plantas. La luz estimula las semillas para abrir, las cámaras registran constantemente el proceso de germinación, y al final del experimento, el astronauta recoge plantas de 12 días y las almacena en tubos de conservación.
Al regresar a la Tierra, podemos experimentar tanto como nos gusta con las muestras conservadas, estudiar sus procesos metabólicos únicos que tuvieron lugar en órbita.
Recogida de fruta
Una de las primeras cosas que encontramos fue que algunas estrategias de crecimiento raíz que pensamos requerían la gravedad no lo requerían en absoluto. En busca de agua y nutrientes, las plantas cultivan raíces, enviándolas a lugares cercanos. En la Tierra, la gravedad es un indicador importante de la dirección del crecimiento, pero las plantas también utilizan el tacto (imagina la punta raíz como un dedo sensible) para navegar alrededor de los obstáculos.
En 1880, Charles Darwin mostró que cuando cultiva plantas a lo largo de una superficie inclinada, las raíces no crecen directamente de las semillas, sino que se desvían de una manera. Esta estrategia de crecimiento se llama “skewing”. Darwin sugirió que la razón de esto era la combinación de la gravedad y el toque de las raíces, y durante 130 años todos los demás lo pensaban.
Pero las raíces crecieron segadas y sin gravedad. En 2010, vimos que las raíces de las plantas cultivadas en el ISS viajaron todo el camino a través de la superficie de un plato de petri con el corte de raíz perfecto - sin ninguna gravedad. Fue una sorpresa. Obviamente, la gravedad no está detrás del patrón de crecimiento raíz.
Las plantas del ISS tienen una segunda fuente potencial de información de la que podrían construir: luz. Hipotetizamos que en ausencia de gravedad, que podría decir que las raíces crecen en la dirección "fuera" de las hojas, la luz juega un gran papel en la orientación de las raíces.
Resultó que sí, la luz es muy importante, pero no sólo la luz – debe haber un gradiente de intensidad de luz, entonces actuará como un guía valioso. Piénsalo como un buen olor: puedes encontrar el olor en la cocina con los ojos cerrados si el horno de galletas acaba de abrirse, pero si toda la casa está igualmente ahogada en el sabor de las galletas de chocolate, es poco probable que lo encuentres.
Las plantas luminosas nos permiten saber cuáles son los genes activos, por lo que podemos decir qué proteínas se producen.
Encontramos una serie de genes involucrados en la producción y reconstrucción de paredes celulares que se expresan de manera diferente en plantas cultivadas en el espacio. Otros genes sensibles a la luz, que se expresan comúnmente en hojas en la Tierra, se expresaron en raíces en el ISS. Muchos genes de señalización de fitohormonas fueron reprimidos en las hojas, y los genes responsables de la protección contra insectos eran más activos. Estos patrones de genes y proteínas nos dicen algo: en microgravedad, las plantas debilitan las paredes celulares y desarrollan nuevas formas de sentir su entorno.
Rastreamos cambios en la expresión de genes en tiempo real etiquetando proteínas específicas con una etiqueta fluorescente. Las plantas con proteínas fluorescentes brillantes pueden decirte cómo reaccionan a su entorno. Tales plantas diseñadas actúan como un sensor biológico – un “biosensor” en resumen. Las cámaras especiales y los microscopios nos permiten observar cómo la planta utiliza estas proteínas fluorescentes.
Este tipo de investigación nos da nueva visión de cómo una planta percibe y responde a estímulos externos a nivel fundamental molecular. Cuanto más aprendemos sobre cómo una planta responde a las condiciones nuevas y extremas, más sabemos sobre cómo una planta responderá a las condiciones cambiantes aquí en la Tierra.
Por supuesto, nuestra investigación en esta área contribuye al esfuerzo colectivo de tomar biología más allá del planeta. El hecho de que la gravedad no es tan importante para las plantas como pensamos una vez es una noticia bienvenida para las perspectivas de cultivo en otros planetas de baja gravedad e incluso en barcos sin gravedad en absoluto. Los humanos están listos para salir del planeta, y cuando salgamos de la órbita de la Tierra, permanezcan seguros, las plantas estarán con nosotros. publicado
P.S. Y recuerden, simplemente cambiando su conciencia – juntos cambiamos el mundo!
Fuente: hi-news.ru
Pero ¿qué pasa si renuncias a tu entorno y te encuentras en una situación fuera de la experiencia evolutiva? Los biólogos que cultivan plantas en el laboratorio a menudo hacen esta pregunta. Los experimentos comienzan en la Tierra, pero gradualmente se mueven hacia el espacio. ¿Qué podría ser más nuevo en una planta que las condiciones de microgravedad en el espacio?
Al estudiar cómo las plantas responden a la vida en el espacio, podemos aprender más sobre cómo se adaptan a los cambios ambientales. Las plantas no sólo son esenciales para la vida terrenal; también pueden ser esenciales para nuestra exploración del universo. Mientras nos preparamos para la futura colonización, es importante entender cómo nuestras plantas pueden adaptarse a la vida en otros planetas, porque pueden convertirse en una fuente constante de alimentos, agua y aire para futuros colonos.
Así que incluso mientras estamos en el suelo, a bordo de la Estación Espacial Internacional, la investigación está en marcha. Ya nos han dado algunas sorpresas sobre el crecimiento de la microgravedad y han cambiado la forma en que pensamos en el crecimiento de plantas en la Tierra.
Aprender la serenidad de las plantas
Las plantas son adecuadas para estudiar tensiones ambientales. Debido a que se pegan en un lugar — los biólogos los llaman sessilent— las plantas tienen que ser inteligentes sobre todo lo que el medio ambiente les presenta. Ir a un lugar mejor no funcionará, cambiar el ambiente también.
Sin embargo, las plantas pueden cambiar el ambiente interno, y las plantas son maestros de manipular su metabolismo, lo que les ayuda a hacer frente a las perturbaciones del medio ambiente. Es por eso que utilizamos plantas en nuestra investigación; podemos contar con ellas como reporteros sensibles para el cambio ambiental, incluso en entornos relativamente nuevos como el vuelo espacial.
La gente ha estado interesada en cómo las plantas reaccionan a la luz espacial desde que tenemos la oportunidad de ir allí.
El vuelo espacial requiere cámaras de crecimiento especiales, herramientas especiales para observar y recoger muestras y, por supuesto, personas especiales que se encargarán del experimento en órbita.
Un experimento típico comienza en la Tierra en un laboratorio plantando semillas de Arabidopsis dormidas en platos petri con gel nutriente. Este gel (a diferencia del suelo) se mantiene en su lugar en gravedad cero y proporciona a la planta el agua y los nutrientes necesarios. Estas plantas están entonces envueltas en tela oscura, llevadas al Centro Espacial Kennedy y cargadas en la cápsula Dragón encima de un cohete Falcon 9 que vuela al ISS.
Después del atraco, el astronauta carga las tazas en el equipo de cultivo de plantas. La luz estimula las semillas para abrir, las cámaras registran constantemente el proceso de germinación, y al final del experimento, el astronauta recoge plantas de 12 días y las almacena en tubos de conservación.
Al regresar a la Tierra, podemos experimentar tanto como nos gusta con las muestras conservadas, estudiar sus procesos metabólicos únicos que tuvieron lugar en órbita.
Recogida de fruta
Una de las primeras cosas que encontramos fue que algunas estrategias de crecimiento raíz que pensamos requerían la gravedad no lo requerían en absoluto. En busca de agua y nutrientes, las plantas cultivan raíces, enviándolas a lugares cercanos. En la Tierra, la gravedad es un indicador importante de la dirección del crecimiento, pero las plantas también utilizan el tacto (imagina la punta raíz como un dedo sensible) para navegar alrededor de los obstáculos.
En 1880, Charles Darwin mostró que cuando cultiva plantas a lo largo de una superficie inclinada, las raíces no crecen directamente de las semillas, sino que se desvían de una manera. Esta estrategia de crecimiento se llama “skewing”. Darwin sugirió que la razón de esto era la combinación de la gravedad y el toque de las raíces, y durante 130 años todos los demás lo pensaban.
Pero las raíces crecieron segadas y sin gravedad. En 2010, vimos que las raíces de las plantas cultivadas en el ISS viajaron todo el camino a través de la superficie de un plato de petri con el corte de raíz perfecto - sin ninguna gravedad. Fue una sorpresa. Obviamente, la gravedad no está detrás del patrón de crecimiento raíz.
Las plantas del ISS tienen una segunda fuente potencial de información de la que podrían construir: luz. Hipotetizamos que en ausencia de gravedad, que podría decir que las raíces crecen en la dirección "fuera" de las hojas, la luz juega un gran papel en la orientación de las raíces.
Resultó que sí, la luz es muy importante, pero no sólo la luz – debe haber un gradiente de intensidad de luz, entonces actuará como un guía valioso. Piénsalo como un buen olor: puedes encontrar el olor en la cocina con los ojos cerrados si el horno de galletas acaba de abrirse, pero si toda la casa está igualmente ahogada en el sabor de las galletas de chocolate, es poco probable que lo encuentres.
Las plantas luminosas nos permiten saber cuáles son los genes activos, por lo que podemos decir qué proteínas se producen.
Encontramos una serie de genes involucrados en la producción y reconstrucción de paredes celulares que se expresan de manera diferente en plantas cultivadas en el espacio. Otros genes sensibles a la luz, que se expresan comúnmente en hojas en la Tierra, se expresaron en raíces en el ISS. Muchos genes de señalización de fitohormonas fueron reprimidos en las hojas, y los genes responsables de la protección contra insectos eran más activos. Estos patrones de genes y proteínas nos dicen algo: en microgravedad, las plantas debilitan las paredes celulares y desarrollan nuevas formas de sentir su entorno.
Rastreamos cambios en la expresión de genes en tiempo real etiquetando proteínas específicas con una etiqueta fluorescente. Las plantas con proteínas fluorescentes brillantes pueden decirte cómo reaccionan a su entorno. Tales plantas diseñadas actúan como un sensor biológico – un “biosensor” en resumen. Las cámaras especiales y los microscopios nos permiten observar cómo la planta utiliza estas proteínas fluorescentes.
Este tipo de investigación nos da nueva visión de cómo una planta percibe y responde a estímulos externos a nivel fundamental molecular. Cuanto más aprendemos sobre cómo una planta responde a las condiciones nuevas y extremas, más sabemos sobre cómo una planta responderá a las condiciones cambiantes aquí en la Tierra.
Por supuesto, nuestra investigación en esta área contribuye al esfuerzo colectivo de tomar biología más allá del planeta. El hecho de que la gravedad no es tan importante para las plantas como pensamos una vez es una noticia bienvenida para las perspectivas de cultivo en otros planetas de baja gravedad e incluso en barcos sin gravedad en absoluto. Los humanos están listos para salir del planeta, y cuando salgamos de la órbita de la Tierra, permanezcan seguros, las plantas estarán con nosotros. publicado
P.S. Y recuerden, simplemente cambiando su conciencia – juntos cambiamos el mundo!
Fuente: hi-news.ru
