Los relojes circadianos ayudan a los organismos a anticipar y reaccionar a los cambios ambientales diarios, como la luz y la temperatura. En las plantas, estos relojes controlan procesos vitales como la fotosíntesis, la floración y las respuestas al estrés. Cuando las temperaturas aumentan, un reloj que funcione bien puede ayudar a las plantas a ajustar su fisiología para evitar el sobrecalentamiento, conservar agua u optimizar el uso de nutrientes. Una investigación reciente publicada en New Phytologist sobre dos especies de árboles de los bosques patagónicos proporcionaron información sobre Cómo estos relojes podrían influir en la supervivencia de los árboles y el crecimiento en un clima cada vez más cálido.
Los árboles utilizan sus relojes circadianos, que están regulados con precisión por señales que transmiten información sobre el tiempo externo, como el ciclo natural del día y la noche, para reconocer los cambios diarios y estacionales y ajustar las funciones vitales. Este seguimiento diario mediante señales cíclicas actúa como una señal fiable para mantener el reloj en marcha. Incluso cuando se expone a diferentes temperaturas en un amplio rango térmico, el sistema circadiano permanece sincronizado y funcional. Sin embargo, cuando se expone a temperaturas fuera de este rango térmico, el reloj falla y los árboles pueden perder ventajas para crecer en el entorno natural, lo que podría reducir su productividad.
El estudio se centró en dos especies estrechamente relacionadas de Nothofagus, un género de árboles que se encuentra en los bosques patagónicos de América del Sur. Estas especies ofrecieron una oportunidad única para explorar la adaptación a los cambios de temperatura, ya que uno vive en entornos más fríos y de gran altitud.Nothofagus pumilio), mientras que el otro habita en regiones más cálidas y de baja altitud (Nothofagus oblicuo).
Combinando bioinformática, biología molecular y ecofisiología, la investigación liderada por Maximiliano Estravis-Barcala y Verónica Arana abordó cómo el aumento de las temperaturas afecta los relojes circadianos de estas especies. En el laboratorio, analizaron los cambios en la expresión genética (cómo se activan y desactivan los genes) en respuesta a temperaturas más altas. Utilizando la montaña como laboratorio natural, realizaron experimentos de “cambio de altitud”, plantando plántulas de cada especie tanto en sus entornos nativos como en los no nativos. Este enfoque les permitió analizar cómo se comportaban los relojes circadianos y el rendimiento general de los árboles en condiciones más cálidas o más frías.
Los resultados revelaron diferencias interesantes entre las dos especies. Nothofagus pumilio, el adaptado al frío, tuvo problemas cuando se expuso a temperaturas más altas. Mientras que el reloj funcionaba normalmente a 20 °C, las temperaturas cálidas de 34 °C provocaron una interrupción en la expresión rítmica de genes clave. Esta alteración se extendió a la regulación de procesos sensibles al tiempo, y muchos genes perdieron su patrón día-noche y cambiaron a respuestas de estrés. Los experimentos de intercambio de altitud mostraron que n.pumilio, tuvo dificultades para intentar sincronizar sus ritmos circadianos en ambientes más cálidos y de baja altitud, lo que provocó una alteración de los patrones de expresión genética y una reducción del crecimiento y la supervivencia.
A diferencia de, N. oblicua, originaria de hábitats más cálidos, mantuvo una función de reloj robusta y se desempeñó bien en todas las altitudes. Su reloj circadiano se mantuvo estable, incluso en condiciones más cálidas, lo que le permitió mantener las tasas de crecimiento y supervivencia. En general, esto sugiere que las diferencias interespecíficas en la influencia de la temperatura en el desempeño del reloj circadiano están asociadas a la plasticidad térmica de las plántulas en entornos naturales.
Nuestros hallazgos, que las plántulas de n.pumilio (especies de gran altitud que habitan ambientes más fríos) tenían una función osciladora limitada en zonas más cálidas (de baja altitud) del bosque, y una supervivencia y un crecimiento reducidos son evidencias novedosas que vinculan la alteración de la función osciladora con una mala tolerancia a temperaturas más altas en el entorno natural. Por el contrario, las plántulas de N. oblicua (especies de baja altitud que habitan ambientes más cálidos) fueron capaces de mantener ritmos a temperaturas más altas que n.pumilio, y mostraron una supervivencia y mortalidad similares en ambos entornos del experimento de cambio de temperatura/altitud, lo que es coherente con el hecho de que N. oblicua Las plántulas mostraron osciladores sincronizados en ambos ambientes.
Estos hallazgos resaltan las implicaciones significativas del cambio climático en los ecosistemas forestales, enfatizando la vulnerabilidad de las especies adaptadas al frío como n.pumilioA medida que el planeta se calienta, las alteraciones de la sincronización circadiana pueden alterar el equilibrio fisiológico y ecológico de dichas especies, lo que limitaría su crecimiento y supervivencia. Comprender cómo los ritmos internos se ven afectados por el aumento de las temperaturas es crucial para predecir y mitigar las consecuencias más amplias para las plantas y los ecosistemas que sustentan, lo que pone de relieve la necesidad urgente de estrategias adaptativas para proteger estos entornos delicados.
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Estravis-Barcala M., Gaishuk S., González-Polo M., Martinez Meier A., Gutiérrez R.A., Yanovsky M.J., Bellora N. and Arana M. V. (2024) “Effect of temperature on circadian clock functioning of trees in the context of global warming” New Phytologist. Available at: https://doi.org/10.1111/nph.20342
Nothofagus pumilio en la Patagonia chilena, cerca de Punta Arenas. Foto: Canva.
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