La relación entre forma y función de las plantas

Algunos extremos de formas en plantas

Las formas de las plantas, tan infinitas que parecen, no representan formas aleatorias. 

El trabajo de un estudiante dirigió mi atención a un campo de trabajo no tan nuevo, pero sí en desarrollo importante: la relación entre la forma de la planta, su habitat y su inserción en comunidades. Especialmente les quiero presentar un artículo reciente que revisa el espectro global de las forma y función de las plantas. Se publicó en Nature en enero de este año.

Se muestra que solo algunas combinaciones de caracteres llevan a las plantas al éxito.

¿Cómo se hizo este estudio?

Se documentaron seis características de especies que se supone que son importantes para su supervivencia (y a su vez correlacionadas con otras características y capacidades): altura de la planta, densidad del tallo, tamaño de la hoja, peso de la hoja por cm2, contenido de nitrógeno en las hojas por unidad de masa (o sea, gramos), y masa (peso) de la diáspora (la parte de la planta que sirve para la dispersión, generalmente la semilla o el fruto). La base de datos contenía información sobre más de 46,000 especies, o sea, alrededor del 15% de la riqueza estimada de plantas vasculares.

No se tenían todos los datos de todas las especies, que era de esperarse. El dato sobre el contenido de nitrógeno de las hojas se disponía de "solo" 8695 especies, y todos los 6 datos solo para 2214 especies. Quisiera mencionar que no se dice en el artículo si hay algún sesgo en esta selección de especies - por ejemplo, generalmente se tienen más datos sobre árboles que sobre hierbas.

Se calculó la relación entre estas características como si estuvieran en un espacio 6-dimensional y se comparó con la forma de dicho espacio bajo varias posibilidades de relaciones (completamente independientes, distribución normal, etc.).

Resulta que el espacio ocupado en el mundo real es bastante más pequeño que aquellos basados de cualquiera de las hipótesis. Esto quiere decir que la características seleccionadas están correlacionadas, y las plantas solo pueden tener ciertas combinaciones y tener éxito - con otras palabras, existen restricciones sobre las combinaciones de formas que son factibles para las plantas.

Hay dos grupos de características que son determinantes: la correlación entre el tamaño de las plantas enteras y de sus órganos por un lado, y por el otro lado el costo de construcción de las hojas (o sea, el peso, el contenido de nitrógeno y el tamaño). Estos dos grupos de caracteres explican casi tres cuartos de la variación en un análisis de componentes principales.

La ilustración abajo ilustra las dos agrupaciones principales en este espacio 6-dimensional - hierbas y árboles - así como los extremos de cada eje. Se observa también la ubicación de algunos grupos dentro de las plantas vasculares (las gimnospermas, que son los pinos y parientes, y las pteridofitas, que son los helechos).

También me parecieron interesantes algunas correlaciones entre características de las hojas. Por ejemplo, parece que plantas más altas tienen, en promedio, hojas más grandes. Vean:

Relaciones entre diferentes características de plantas: a) Densidad del tallo contra tamaño de la planta; b) Masa (peso) de la hoja por área y tamaño de la hoja; c) Contenido de nitrógeno de la hoja y tamaño de la hoja;  d) Tamaño de la hoja y tamaño de la planta; e) Peso (masa) de la hoja por unidad superficie y tamaño de la planta y f) Peso (masa) de la diáspora y tamaño de la planta.

Estos datos tienen toda una serie de consecuencia y posibilidades para entender mejor las condiciones y restricciones que forman nuestro ambiente vivo. Por ejemplo, confirman las observaciones empíricas de la existencia del famoso contínuo r-K en las estrategias de las plantas. También ayudarán en todo tipo de modelaje.


Referencia

Díaz, S., Kattge, J., Cornelissen, J. H. C., Wright, I. J., Lavorel, S., Dray, S., … Gorné, L. D. (2015). The global spectrum of plant form and function. Nature 529(7585): 167–171. (actualmente hay acceso a través de Researchgate)