La variedad de las superficies vegetales es un tesoro biológico aún por explorar. Si la ciencia imita la naturaleza, hay todo un campo en el que apenas se ha mirado, el haz y el envés de las hojas de las plantas. Pero empezamos a asomarnos.
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Muchos seres vivos poseen pelos de diferente composición y estructura, y entre los seres vivos con pelo también están las plantas. Pero, ¿de qué le sirve por ejemplo a un olivo tener hojas con pelo?
En la epidermis
La superficie de las hojas y otros órganos vegetales muchas veces no es lisa, tiene protusiones, que llamamos tricomas o pelos, que pueden cubrir la epidermis parcial o totalmente. Suelen estar presentes en hojas o frutos en desarrollo. A veces degeneran, pero otras veces permanecen en el órgano durante toda su vida.
El pétalo de la rosa es un buen ejemplo. El modo en que las gotitas de rocío se adhieren a la flor más popular del mundo, y no se caen, aunque pongamos la flor boca abajo (el conocido como efecto pétalo de rosa), es uno de los enigmas más desafiantes en el estudio de las superficies vegetales, y el pelo que los recubre tienen mucho que ver en ello.
Hay hojas cuyas superficies están totalmente cubiertas de pelos (son pubescentes), rasgo a menudo común en especies propias de climas áridos. ¿De qué les sirven?
La dificultad técnica para estudiarlas ha hecho que se infravalore la variabilidad estructural y química de las superficies de los pelos de los seres vivos. Sin embargo, utilizando la microscopía de fuerza atómica (AFM) y otras técnicas de alta precisión, hemos conseguido explorar el pelo de la hoja del olivo. La heterogeneidad química en la micro y nano escala que hemos encontrado hace que posiblemente sean mucho más multifuncionales de lo esperado.
Esta diferenciación química entre estructuras aparentemente similares es lo que le confiere propiedades asombrosas a la superficie de la hoja, como ocurre con la gota que se adhiere al pétalo de la rosa.
La hoja del olivo y sus pelos
Las hojas del olivo tienen algún pelo aislado en el haz, que degenera con la edad y las inclemencias del clima, sin embargo, tienen una cobertura total de tricomas con forma de sombrilla en el envés que se mantiene durante toda la vida de la hoja.
Envés (izda.) y haz (decha.) de las hojas de olivo con sus pelos (tricomas) vistos con un microscopio electrónico de barrido. Communications Biology
En un novedoso estudio multidisciplinar desarrollado entre la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidad de Murcia, hemos caracterizado su topografía (cómo se distribuyen por la superficie de la hoja), pero lo novedoso es que hemos encontrado las propiedades químicas que afectan al modo en que se moja.
La afinidad al agua
Comenzamos caracterizando la mojabilidad de las hojas analizando la forma de las gotas de agua y otros líquidos sobre las superficies.
Encontramos que, a pesar de la rugosidad del envés y a que está totalmente cubierto de tricomas, el agua llega a la hoja y se produce adherencia. Desarrollamos experimentos más detallados de la superficie de los pelos mediante microscopía electrónica y AFM para entender cómo el agua puede adherirse tanto a estas epidermis.
Analizando los pelos del haz y el envés de las hojas de olivo, comprobamos que su superficie es químicamente heterogénea, ofreciendo un patrón mezclado de compuestos químicos hidrofílicos (afines al agua) e hidrófobos (repelentes al agua).
El envés de las hojas de olivo (con mucho más pelo que el haz) tiene menor mojabilidad, pero las gotas de agua tienen mucha más adherencia. Lo hemos asociado a su total cobertura de tricomas más hidrófobos cuando las hojas son jóvenes, que se vuelven más mojables con la edad.
Recoger el agua de la niebla
Los olivos de Jumilla (Murcia) que han servido para el estudio.
En zonas de cultivo de olivo donde se producen nieblas o rocío nocturno de manera frecuente, como en muchas zonas de la península ibérica, es posible que se formen gotas en el envés de las hojas de olivo que se adhieran a los pelos. La gota permanecerá adherida hasta alcanzar un volumen y peso elevados que les haga caer al suelo. Esta propiedad de las hojas del olivo quizás contribuyan a la captura de agua, cosa que habrá que demostrar en experimentos futuros.
Por otro lado, la existencia de nano zonas hidrofílicas en las hojas y pelos puede afectar a la interacción con insectos y microorganismos, aspecto que deberá ser considerado en estudios futuros. Por ejemplo, estas zonas puede que sean más vulnerables a la entrada de patógenos o que afecten al agarre y desplazamiento de los insectos en la superficie de las hojas algunas superficies de cera les pueden resultar resbaladizas.
Imitar los pelos de las plantas
Del mismo modo que conocer cómo se adhieren los gecos a las superficies de las paredes o cómo genera la araña su tela ha servido para el desarrollo de múltiples materiales, la heterogeneidad química que hemos encontrado en los tricomas de las hojas de las plantas podría servirnos como modelo para el desarrollo de nuevos materiales.
En el caso de las plantas, se sabe que las hojas de algunas especies nativas de diferentes ecosistemas del mundo y de plantas agroforestales pueden absorber agua depositada sobre ellas como rocío, lluvia y niebla, como ocurre con la hoja de la encina.
Un estudio más detallado de cómo funcionan podría servir de modelo para fabricar materiales y estructuras que permitan la captura de agua de la atmósfera.
El empleo de nuevas técnicas para el análisis de las superficies vegetales, como la aplicación de AFM para caracterizar el olivo y la rosa, nos abren los ojos a un espectacular nuevo mundo de interacciones que ocurren en el universo de las plantas y los seres vivos.
Victoria Fernández recibe fondos NextGenerationEU/PRTR de la Unión Europea y del Ministerio de Ciencia e Innovación.
Giovanni Sáenz-Arce recibe fondos de los proyectos PID2019-104272RB-C52, PID2022-139191OB-C31 y del “Programa de Ayudas para la Recualificación del Sistema Universitario Español” en la modalidad Maria Zambrano.
At present Jaime Colchero my research is funded by NextGenerationEu/PRTR and the Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. In particular, research is funded through the research grants PID2019-104272RB-C52, TED2021-130830B-C41, PID2022-139191OB-C31 and PCD2023-145906-I00 .
