¿Cómo se vuelve tóxica una planta y por qué? Puede parecer obvio que una planta se vuelve tóxica para defenderse, pero invertir en defensas químicas no es barato. Por lo tanto, se cree que los diferentes órganos tendrán una toxicidad variable, según su valor para la planta y la probabilidad de ataque.

Karen Martinez-Swatson y colegas investigados las defensas de Thapsia garganica, la zanahoria mortal. El nombre común puede parecer una broma, pero los venenos de la planta tienen un efecto grave en cualquier persona lo suficientemente tonta como para comerla.

"Los compuestos antiherbívoros de Thapsia garganica se han utilizado durante milenios", dijo el coautor del artículo, Christopher Barnes. “Hay registros de antiguos romanos que usaban la planta para hacer dieta, y con la enfermedad y la diarrea que provoca la tapsigargina, probablemente era bastante eficaz (pero definitivamente no se recomienda). Más recientemente, mipsagargin (un profármaco de thapsigargin) se usó en ensayos clínicos para tratar el cáncer de piel. Usando experimentos de laboratorio, también hay evidencia de que la tapsigargina también es extremadamente tóxica para muchos eucariotas diferentes”.

El proyecto es una colaboración entre muchos autores, instigado por Martiz-Swatson, explicó Barnes. “El proyecto se derivó del trabajo de doctorado financiado por ERC de Karen Martinez-Swatson en todo el género Thapsia, ya que todos producen thapsigargins. Ella estaba interesada en la variación en los compuestos de defensa entre especies, pero también estaba encontrando grandes diferencias en thapsigargins dentro de una sola especie".

“Su uso tanto en la naturaleza como en la sociedad es lo que llamó mi atención sobre la planta”, agregó Barnes. “Con mi formación en ecología, me interesaba saber por qué la misma especie en una proximidad relativamente cercana podía variar tanto en sus compuestos de defensa. Después de leer la literatura sobre esta variación dentro de las especies en las defensas químicas de las plantas, descubrí que había modelos separados para diferentes componentes de la variación de las plantas (por ejemplo, entre diferentes tipos de tejidos y variación temporal), e incluso múltiples modelos que predecían lo mismo que daría diferentes predicciones. Después de cierta confusión, decidimos que tendría más sentido probar varios modelos simultáneamente y ver cuál daba los mejores resultados.

La prueba llegó en una encuesta de zanahorias mortales en la isla de Ibiza. El equipo se dispuso a tomar muestras de zanahorias mortales en seis lugares y probarlas para ver cómo variaba su carga química. Los resultados podrían compararse con las predicciones de los modelos de defensa de las plantas. La teoría de la defensa óptima (ODT) argumenta que la inversión en defensa tiene un costo en el éxito reproductivo. El modelo fue particularmente interesante ya que hizo predicciones sobre qué partes de la planta serían más defendidas. El ODT sugirió que las flores, como parte del sistema reproductivo, estarían más defendidas en comparación con los tejidos vegetativos.

La hipótesis de la tasa de crecimiento (GRH) analiza cómo las plantas se regeneran tras un ataque herbívoro. Si los recursos son escasos y el rebrote es difícil, la GRH predice que se destinarán más recursos a la defensa. Por lo tanto, las zanahorias de las zonas más pobres en nutrientes de la isla deberían ser las más letales. La hipótesis del equilibrio crecimiento-diferenciación (GDBH) también analiza los recursos disponibles, pero presenta una sutil diferencia. En su artículo, los autores afirman: «Bajo el GDBH, dos procesos regulan el uso completo de fotosintatos por parte de las plantas. El crecimiento se refiere a cualquier proceso que requiera una división y elongación celular sustancial, como la producción de raíces, tallos y hojas, mientras que la diferenciación abarca esencialmente todo lo demás, incluyendo la defensa contra herbívoros... Se cree que la escasez de nutrientes y agua ralentiza el crecimiento más que la fotosíntesis. Por lo tanto, a medida que los carbohidratos se acumulan en la planta, la reducción de la aptitud para los procesos de diferenciación es menor. Se plantea la hipótesis de que el crecimiento y la diferenciación son mutuamente excluyentes. Por lo tanto, las plantas invierten en estrategias basadas en el crecimiento en entornos ricos en recursos (alta competencia) y en estrategias basadas en la diferenciación en entornos con pocos recursos (baja competencia)».

El trabajo de campo se programó para tres viajes, comenzando en mayo de 2015 y terminando a finales de junio. El plan era recolectar las zanahorias en diferentes etapas de su ciclo de vida, como se menciona en el artículo: «El muestreo se realizó aproximadamente antes de la fructificación, cuando las hojas están activas, pero también durante y después de la fructificación, cuando las hojas han envejecido». Esto no fue del todo sencillo.

"El trabajo de campo en Ibiza fue, por supuesto, divertido", dijo Barnes, "es una isla increíble con hermosas montañas y una flora fascinante. Es importante destacar que la isla también es parte de T.garganicaEl área de distribución natural de la planta ha resultado increíblemente difícil de cultivar en invernaderos, por lo que se están estableciendo granjas en la isla. Actualmente, la tapsigargina se aísla de semillas de poblaciones silvestres. Esto ciertamente presentó desafíos, en particular, la biomasa aérea muere en pleno verano, lo que dificulta enormemente encontrar zanahorias para muestrear durante este período. Además, la planta suele encontrarse en pequeños grupos y su crecimiento es muy lento. Nuestro muestreo fue destructivo y, por lo tanto, el muestreo tendría un efecto demasiado grande en la población local como para que lo consideráramos ético.

Entonces, ¿qué modelo resultó ser el más preciso? En cierto modo, el resultado más sorprendente no fue la respuesta, sino la necesidad de plantear la pregunta, dijo Barnes. "Para mí, uno de nuestros resultados más interesantes se obtuvo incluso antes de comenzar el proyecto, al descubrir que algo que contradecía la literatura era la predicción de la variación de las defensas químicas dentro de las especies. De cara al futuro, recomendaría encarecidamente a los investigadores que amplíen nuestro trabajo y sigan validando sus hallazgos con múltiples modelos, perfeccionándolos e integrándolos en uno solo. Además, me pareció fascinante que T. garganica inhiba las asociaciones fúngicas".

Las plantas tienen una relación compleja con los hongos. Si bien muchos pueden ser patógenos, otros pueden ser beneficiosos. Pueden ayudar a la defensa de las plantas o formar redes más allá de sus raíces y buscar nutrientes. "He dedicado mucho tiempo a estudiar por qué las plantas tienen diferentes comunidades fúngicas, por ejemplo, gastando energía para mantener los hongos micorrízicos", dijo Barnes. "Al principio me preocupaba bastante que nuestros resultados de metabarcoding fueran incorrectos hasta que pruebas posteriores confirmaron que las tapsigarginas inhibían el crecimiento de los hongos. Algo que me gustaría estudiar más en el futuro es cómo algunas plantas simplemente se benefician sin ninguna (o muy poca) interacción con los hongos".

Los resultados muestran que aún no existe un modelo único de defensa vegetal que funcione tanto para los tejidos vegetales como para las relaciones ambientales. Por lo tanto, aún no hay una manera sencilla de localizar las zanahorias más letales. En cualquier caso, la planta en sí y las sustancias químicas que produce siguen siendo de interés. «Creo que estos compuestos son muy interesantes, ya que normalmente son biológicamente activos, lo que significa que interactúan con los organismos y les causan algún tipo de efecto. Si bien muchos de estos efectos son negativos, también son una gran fuente de medicamentos. Si comprendemos por qué se producen estos compuestos, podremos agilizar la búsqueda de nuevos medicamentos, por ejemplo, analizando los compuestos que utilizan las plantas como defensa contra insectos en ambientes áridos».