lunes, 20 de marzo de 2023

El sistema esquelético

Índice

|| Principal || Cursos ||

||1|| Introducción

||2|| Tipos de esqueleto

||3|| Forma y función biológica

||4|| Materiales de construcción de un esqueleto

||5|| Esqueleto en plantas 1, generalidades

||6|| Esqueleto en plantas 2,Origen y desarrollo de los tallos

||7|| Esqueleto en plantas 3,Tallos como elemento de soporte

||8|| Esqueleto en plantas 4,Tallos especializados

||9|| Sistema esquelético en esponjas

||10|| Sistema esquelético cnidarios

||11|| Sistema esquelético en platelmintos

||12|| Sistema esquelético nemátodos

||13|| Sistema esquelético anélidos

||14|| Sistema esquelético moluscos 1, de aplacóforos a bivalvos

||15|| Sistema esquelético moluscos 2, de los escafópodos, cefalópodos, amonites y nautilus

||16|| Sistema esquelético moluscos 3, Gastrópodos

||17|| Sistema esquelético artrópodos

||18|| Sistema esquelético de algunos deuterostomos

||19|| Biología de los huesos y cartílagos

||20|| El hueso como órgano

||21|| Esqueleto humano

||22|| Esqueleto axial humano

 

||23|| Esqueleto apendicular humano

||24|| Articulaciones

||25|| El cráneo de los vertebrados

||26|| Relación entre forma y función en los cráneos

||27|| El cráneo de los primeros peces

||28|| Peces con mandíbulas extintas

||29|| El cráneo en los peces modernos

||30|| El cráneo en los tetrápodos primitivos

||31|| El cráneo en los anfibios modernos

||32|| El cráneo en los amniotas primitivos

||33|| El cráneo en los reptiles

||34|| El cráneo en las aves, dinosaurios y pterosaurios

||35|| El cráneo en los sinápsidos

||36|| El cráneo en los mamíferos

||37|| El esqueleto axial de los vertebrados

||38|| Forma y función del esqueleto axial

||39|| Filogenia del esqueleto axial

||40|| Las aletas en los vertebrados

||41|| El quiridio de los vertebrados

||42|| Origen de las aletas pareadas

||43|| Las colas de los vertebrados

||44|| Esqueleto apendicular de los peces

||45|| Peces de aleta lobulada modernos

||46|| Esqueleto apendicular de los tetrápodos primitivos y anfibios

||47|| Esqueleto apendicular de los vertebrados terrestres

||R|| Referencias bibliográficas

Portada


1. Introducción

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El esqueleto es la parte del cuerpo que forma la estructura de soporte de un organismo. También puede verse como el marco óseo del cuerpo que proporciona soporte, forma y protección a los tejidos blandos y órganos delicados de los animales. Existen varios tipos diferentes de esqueleto: el exoesqueleto, que es la capa externa estable de un organismo, el endosqueleto, que forma la estructura de soporte dentro del cuerpo, el hidroesqueleto, un esqueleto flexible soportado por la presión del fluido y el citoesqueleto presente en el citoplasma. de todas las células, incluidas las bacterias y las arqueas. El término proviene del griego σκελετός (skeletós), que significa 'seco'.

  1.1 Robert Thomas Bakker

(1945-vivo a 2021) es un paleontólogo estadounidense que ayudó a remodelar las teorías modernas sobre los dinosaurios, particularmente al agregar apoyo a la teoría de que algunos dinosaurios eran endotérmicos (de sangre caliente). Junto con su mentor John Ostrom, Bakker fue responsable de iniciar el actual "renacimiento de los dinosaurios" en los estudios paleontológicos, comenzando con el artículo de Bakker "Dinosaur Renaissance" en la edición de abril de 1975 de Scientific American. Su especialidad es el contexto ecológico y el comportamiento de los dinosaurios.

Bakker ha sido uno de los principales defensores de la teoría de que los dinosaurios eran de sangre caliente, inteligentes, rápidos y adaptables. Publicó su primer artículo sobre la endotermia de los dinosaurios en 1968. Su obra fundamental, The Dinosaur Heresies, se publicó en 1986. Reveló la primera evidencia del cuidado de los padres en los sitios de anidación de Allosaurus. También observó evidencia en apoyo de la teoría del equilibrio puntuado de Eldredge y Gould en las poblaciones de dinosaurios. Bakker actualmente se desempeña como curador de paleontología del Museo de Ciencias Naturales de Houston.


2. Tipos de esqueleto

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Todos los seres vivos deben interactuar con su ambiente, y estas interacciones dependen de las formas que adquieren sus cuerpos. El sistema encargado de dar forma al cuerpo de un ser vivo se denomina esqueleto. Los esqueletos poseen funciones asociadas a la de dar forma, pues la forma de un ser vivo es un marco que sirve como punto de anclaje a otros sistemas que permiten el movimiento, el sostenimiento de otras estructuras para funciones diversas o la formación de partes duras que sirven para proteger.

Estas funciones pueden realizarse ya sea por partes duras, secreciones o incluso la turgencia de un tejido inflado por líquidos (Brusca, Brusca, & Haver, 2003). Algunos tipos específicos de esqueletos pueden tener funciones extra asociadas como el movimiento o la formación de otros tejidos no esqueléticos. Nosotros los seres humanos somos vertebrados, eso significa que tenemos un esqueleto de cierto tipo y tendemos a juzgar los demás esqueletos en base a nuestro esqueleto. Para poder estudiar las funciones del esqueleto debemos ampliar nuestra definición o nuestra visión de los tipos de esqueleto.

  2.1 Esqueleto hidrostático

Los hidroesqueletos funcionan básicamente como gatos hidráulicos y placas incompresibles. Su funcionamiento se debe a dos propiedades generales del agua y las soluciones líquidas, la incompresibilidad y la transmisión del trabajo mediante cambios de presión.

Figura 2.1. Poco más que una bolsa de líquidos, el esqueleto hidrostático ha demostrado ser uno de los esqueletos más versátiles en los animales.

El agua es incompresible bajo condiciones normales, la presión debe crecer a cantidades astronómicas para generar su cristalización, sin embargo, los seres vivos conviven bajo condiciones relativamente normales de presión. Un esqueleto hidrostático adquiere su forma gracias a los tejidos blandos que los contienen, y la presión causada en una región transfiere movimiento a otra, lo cual los hace funcionar también como un sistema muscular (Brusca et al., 2003).

  2.2 Esqueleto sólido

Los esqueletos sólidos se basan en el endurecimiento de algunos tejidos, lo cual los hace servir como puntos de anclaje para el sistema muscular.

Figura 2.2. Algunos esqueletos sólidos pueden dar forma a paisajes geográficos completos como la madera o los arrecifes de coral. La madera es un tipo de tejido vegetal que cumple con las funciones de un esqueleto sólido.

Los esqueletos sólidos generalmente constan de dos partes, una fibra que sirve de marco, da forma y permite la flexibilidad –semejante a los tubos de hierro en el concreto – así como de una sustancia que se solidifique de forma muy firme que rodea al marco.

  2.3 Endoesqueleto

Es un sistema esquelético que se encuentra contenido por una capa suave como una membrana o la piel, todos los hidroesqueletos son endoesqueletos.  El esqueleto de los vertebrados también es un endoesqueleto (Kardong, 2011).

Figura 2.3. Los endoesqueletos y exoesqueletos duros son la principal evidencia del modo en que ha cambiado la vida en la tierra.

Los endoesqueletos de los vertebrados son el sistema que más fácilmente se preserva como un fósil y es una de las fuentes de información más rica sobre la biología y ecología de un vertebrado, especialmente el cráneo. Esta es la razón por la cual el capítulo sobre el esqueleto es el segundo más extenso después del de reproducción, básicamente todo lo que conocemos de la vida del pasado viene de esqueletos fósiles.

  2.4 Exoesqueleto

Son esqueletos sólidos que forman conchas o cápsulas alrededor del ser vivo, dándoles su forma y protegiéndolos (Brusca et al., 2003). Algunos seres vivos poseen sus esqueletos por fuera, los cuales sirven como armaduras protectoras, y de hecho la analogía con la armadura es aún más pertinente, ya que se emplean trazas de metales pesados para reforzar las placas del exoesqueleto.

Figura 2.4. Los exoesqueletos tienden a ser pesados y limitar el crecimiento.

En algunas ocasiones un esqueleto puede ser al mismo tiempo endoesqueleto y exoesqueleto, la forma generalmente depende de estado de desarrollo del ser vivo, es decir, la estructura dura comienza a ser segregada en el interior del ser vivo –endoesqueleto –pero a medida que el ser vivo envejece la estructura crece y debe salir por una parte del animal configurándose como una secreción dura –exoesqueleto.

En las siguientes secciones revisaremos los principales tipos de estructuras que cumplen de forma análoga con la función de esqueleto. Muchas de estas se desarrollaron de forma independiente durante el curso de la evolución, para finalmente concentrarnos en los vertebrados, donde los esqueletos son homólogos –descienden de un ancestro común. Por tal razón, será en el caso de los vertebrados donde se analice al esqueleto en función de un proceso evolutivo con mayor detalle.

  2.5 El primer esqueleto

A diferencia del sistema muscular, todos los seres vivos presentan al menos algún tupo de esqueleto que rige la forma y por lo tanto, muchas de las funciones internas del organismo. Es más, este capítulo debería introducir como factor inicial al propio citoesqueleto celular, pero este ya ha sido trabajado dentro del tema de la célula, así que solo mencionaremos algunos esbozos de su funcionamiento (Karp, 2013).

Tanto procariotas como eucariotas dependen de un sistema de proteínas rígidas que forman un andamio interno, el cual sirve como sistema de anclaje, y sostén para la membrana celular denominado de forma apropiada, citoesqueleto, que significa esqueleto de la célula (Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014). Por muchos años se pensó que el citoesqueleto era una característica exclusiva de las células eucariotas, pero estudios recientes han demostrado que las células procariotas también poseen un sistema de citoesqueleto (Erb & Pogliano, 2013; Jékely, 2014; Wickstead & Gull, 2011). Algunos autores sostienen que los citoesqueletos anteceden a las membranas celulares como las estructuras sobre las cuales, las primeras sustancias químicas de la vida pudieron haberse desarrollado durante los procesos de química prebiótica (De Duve & Pizano, 1995).


3. Forma y función biológica

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Para la gran mayoría de los casos, la forma de un ser vivo se encuentra relacionada con las funciones que debe desempeñar para mantenerse con vida, lo cual va desde el nivel molecular en las proteínas, hasta la estructura del cuerpo de un rorcual azul, el animal más grande que ha vivido en todos los tiempos que tengamos registros. Encontrar explicaciones para la asociación entre forma y función se ha convertido en una de las mayores tendencias teóricas al interior de la biología. Las primeras explicaciones se basaban en la teleología o teología natural, la cual argumentaba que Dios había creado a cada ser vivo para cumplir un propósito y por eso les había infundido con formas de supervivencia específicas dependientes de sus estructuras físicas (Ginsburg & Jablonka, 2015). En la actualidad la explicación se basa en la Teoría Sintética de la Evolución, la cual afirma que la asociación de forma y función depende de un proceso de trasformación física, desde organismos poco especializados, poco específicos y que cumplen una determinada función de forma muy limitada, hasta descendientes con formas optimizadas que a partir de cierto punto de mejora ya no pueden cambiar más, ya que han alcanzado un óptimo desarrollo evolutivo para una función concreta (Kutschera & Niklas, 2004).

Figura 3.1. El oso panda es un ejemplo de un organismo pobremente adatado debido a que ha cambiado de nicho recientemente en su evolución, pero que sobrevive por ausencia de competencia.

La segunda perspectiva ayuda a explicar porque algunas partes del cuerpo de los seres vivos no parecen ser óptimas para la función que deberían desarrollar, y el ejemplo más relevante es el sistema digestivo de los osos panda. Los osos panda carecen de un sistema digestivo largo y complejo para procesar la celulosa del bambú, y por eso deben comer todo el día, casi todas sus vidas sin descanso, lo cual se solucionaría con un compartimento de rumia, que procese la celulosa y les permita comer menos y nutrirse más. Esto se debe a que los osos panda evolucionaron recientemente de ancestros depredadores, y por ende heredan un sistema digestivo adaptado para comer carne, y deberán esperar algunos miles o millones de años hasta que evolucionen algún sistema de rumia de la celulosa vegetal (Dierenfeld, Hintz, Robertson, Van Soest, & Oftedal, 1982; Xue et al., 2015; Zhu, Wu, Dai, Zhang, & Wei, 2011). Aunque las bacterias que los pandas poseen pueden en efecto degradar celulosa, estas son diferentes de las bacterias degradadoras de celulosa de los herbívoros, y de hecho, estas bacterias descienden de bacterias de carnívoros, además el punto primordial es que el sistema digestivo del panda es corto, y le da poco tiempo a estas bacterias para degradar la celulosa.

Regresando sistema esquelético, este es uno de los pocos sistemas que se fosilizan con alta facilidad, y por ende es básicamente la única fuente de información sobre la forma de los seres vivos de periodos antiguos, y por ende de sus funciones (Dahdul et al., 2012). Los organismos como los osos panda que no tienen una clara correspondencia entre forma y función tienen una vida geológica corta, hasta que su linaje logra adaptarse, en consecuencia, los fósiles que se obtienen son los de formas optimas a sus ambientes en los que si se encuentra una asociación entre forma y función (Eldredge, 2014). Los dientes de los tiranosaurios tienen formas cónicas y son robustos como puntillas de rieles de trenes, por lo que podemos asumir con un nivel de confianza adecuado que los empleaban para penetrar pieles gruesas como armaduras más que para desgarrar la carne (DePalma, Burnham, Martin, Rothschild, & Larson, 2013), en contraste los dientes de los giganotosaurios si tienen forma de cuchillo para desgarrar la carne (Mazzetta, Blanco, & Cisilino, 2013).

Figura 3.2. Izquierda el cráneo del tiranosaurio y a la derecha el del giganotosaurio, a pesar de las similitudes superficiales, sus dientes son un ejemplo de las diferencias de comportamiento y dienta de estos antiguos vertebrados.

Sin embargo, es notable que las adaptaciones por fantásticas que estas sean jamás presentan una forma infinitamente diversa, por ejemplo, no existen vertebrados que se desplacen sobre ruedas, o que vuelen por medio de un rotor como los helicópteros (Kardong, 2011). La selección natural por sí sola no sirve para explicar la razón de estas limitantes. Sin embargo, en la descendencia con modificación, toda adaptación está limitada a la forma que tenían los ancestros, lo cual crea sesgos no aleatorios sobre las posibles soluciones que puede tener una ruta evolutiva en sus descendientes, lo cual da lugar a las conocidas convergencias de forma o a evoluciones en paralelo en diferentes continentes (Bailey, Rodrigue, & Kassen, 2015; Lenormand, Chevin, & Bataillon, 2016; Stern, 2013). En ocasiones la estructura previa genera muchísimos inconvenientes a la nueva función, como la ya mencionada relación del sistema digestivo del panda con su actual dieta.

Es por esto por lo que para poder entender la forma de los seres vivos se hace necesario tener una vista evolutiva, la cual nos permite poner en contexto los límites anatómicos de linajes anteriores y como estos se modifican en los linajes más recientes. En este orden de ideas, el sistema esquelético será la mayor fuente de información evolutiva y funcional de los organismos en el pasado, lo cual nos clarifica el estado presente. Esto es lo que hace que este capítulo sea particularmente largo, aun cuando se ha hecho un esfuerzo por resumir. Muchos otros sistemas de órganos nos son inaccesibles para linajes fósiles, pero el esqueleto siempre queda allí.


4. Materiales de construcción de un esqueleto

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Los esqueletos pueden ser duros o blandos. Los esqueletos blandos emplean la presión del agua y los fluidos internos del animal, pero lo esqueletos duros requieren de materiales rígidos, los cuales inicialmente pueden ser proteínas. El problema es que estas proteínas pueden tener consistencias semejantes al plástico, como en el caso del cartílago, para endurecer aún más es necesario que el organismo introduzca otras sustancias, ya sea de naturaleza orgánica o inorgánica para aumentar la dureza. Las principales sustancias para crear esqueletos duros son

  4.1 Carbonato de calcio y otras sales

El carbonato de calcio, es un material particularmente duro, el cual se asocia a las proteínas de la matriz extracelular para generar un endurecimiento, es común en las conchas de los animales marinos, en las espículas de las esponjas, en los exoesqueletos de los arrecifes de coral entre otros. Acompañando al carbonato de calcio, pueden aparecer otras sales derivadas del silicio o del magnesio (Brusca et al., 2003).

  4.2 Quitina

La quitina es un polisacárido, es decir una sustancia de naturaleza orgánica de los carbohidratos que posee una enorme dureza, especialmente a la hora de fabricar conchas pequeñas como las de los artrópodos (Brusca et al., 2003; Karp, 2013).

  4.3 Esclerotina

La esclerotina es otra sustancia empleada por los artrópodos, pero de naturaleza proteínica. En general las conchas de los artrópodos es una aleación o sustancia compuesta de quitina, esclerotina, matriz extracelular, sales inorgánicas e inclusive metales pesados como el hierro y el vanadio. Esto da lugar a una amplia diversidad de durezas, y también al agradable sonido cuando aplastamos a algún bicho molesto, ahora recuerde, cada crack diferente al aplastar un bicho se debe a una composición diferente de su exoesqueleto (Stevenson, 1969).

  4.4 Lignina

Es una sustancia orgánica, muy compleja, que conforma las partes duras de las plantas terrestres, siendo el principal componente de lo que denominamos como la madera.  Se trata de un grupo diverso de sustancias basadas en uniones cruzadas de fenoles, históricamente ha sido difícil de descomponer por parte de los microorganismos, por lo que la madera tiene una resistencia relativa a la biodegradación, aun cuando esta no es perfecta. De hecho la aparición de la biodegradación de la lignina conforma uno de los capítulos más importantes de la historia de la vida macroscópica en el planeta Tierra (Floudas et al., 2012; K. R. Stern, Bidlack, & Jansky, 2008; Wayne, 2009).

  4.5 Cartílago

Al igual que la quitina se trata de una sustancia orgánica basada en proteínas que se segregan a la matriz extracelular de las células, generando un endurecimiento, sin embargo la dureza no es tan alta, generando un material con una textura semejante a un plástico poco denso y flexible (Kardong, 2011).

  4.6 Hidroxiapatita

La hidroxiapatita es un material compuesto de sales como el carbonato y el fosfato que compone la parte dura de los huesos de los animales vertebrados (Engin & Tas, 1999)


5. Esqueleto en plantas 1, generalidades

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Aunque al nivel celular las plantas se describen en términos de un citoesqueleto y una pared celular, cuando se aglomeran en sistemas multicelulares, sus células deben poseer algo a lo cual anclarse para poder crecer. De hecho, las plantas más primitivas como los musgos carecen de un sistema de anclaje y sostén verdaderos. En esta sección discutiremos las estructuras de anclaje, sostén y protección de las plantas, que corresponden a las raíces/rizoides y a los tallos. No todas las plantas poseen un sistema de sostenimiento, de hecho, el desarrollo gradual de los sistemas de sostén es uno de los rasgos a través de su proceso evolutivo. Por ejemplo, las plantas durante el periodo Cámbrico de la Era Paleozóica no eran más que algas verdes que podían existir como entidades unicelulares, o como conglomerados multicelulares no especializados (De Duve & Pizano, 1995).

Figura 5.1. En las dos imágenes anteriores tenemos al sistema vascular -circulatorio - de las plantas. Este sistema en las plantas vasculares también da lugar al sistema esquelético gracias al endurecimiento de la pared celular con un polímero amorfo que rodea a la celulosa llamado lignina (Floudas et al., 2012).

En la actualidad existen plantas como el musgo que presentan cierto nivel de especialización, pero que carecen de un sistema de sostén y de un sistema circulatorio, por lo que están muy limitadas, generalmente no crecen más de unos cuantos milímetros formando un tapete de terciopelo (De Duve & Pizano, 1995). Para el periodo Devónico, las plantas que son ancestros de todas las plantas terrestres tenían las mismas limitaciones que el musgo, el paisaje estaría cubierto por un interminable terciopelo verde, los individuos estarían apeñuscados de forma muy densa compitiendo por capturar la mayor cantidad de luz solar, y por alcanzar la mayor altitud posible para la liberación de las esporas reproductivas (Boyce et al., 2007).

La siguiente gran ramificación en las plantas terrestres, las embriofitas como los helechos y parientes cercanos poseen los rasgos que fueron desarrollados por sus ancestros en el Devónico tardío, la primera es el sistema circulatorio, el floema y el xilema que permite extraer materiales del suelo en contra de la gravedad, esto permitió a las plantas crecer a niveles de arbustos, posteriormente la evolución de un nuevo material cambiaría todas las reglas, la lignina, el material que forma la madera y que permitió que las plantas despegaran rápidamente del suelo (De Duve & Pizano, 1995). Para finales del devónico las plantas como los helechos leñosos ya alcanzaban alturas de 8 o más metros (Dannenhoffer & Bonamo, 1989; G J Retallack, Catt, & Chaloner, 1985; Stein, Mannolini, & Hernick, 2007).

  5.1 Raíces y rizoides como sistema de anclaje de una planta

Una de las funciones de cualquier sistema esquelético es la de anclar al ser vivo a un sustrato, en los animales, este anclaje es importante ya que permite el movimiento, no puedes moverte fácilmente si no puedes ejercer una fuerza contra algún tipo de medio. Las plantas prosiguieron una ruta evolutiva diferente, para ellas lo importante era permanecer quietas en lugares donde la fotosíntesis fuera fácil, el problema es que permanecer anclado a un sustrato puede ser igual de difícil que moverse sobre o entre un sustrato. Un ejemplo de esto es lo que le sucede a un bosque después de un huracán, a menos que el suelo sea delgado, arenoso o suave, relativamente pocos arboles sanos habrán sido arrancados del suelo. Esto se debe a un sistema estructura que ANCLA el organismo al suelo de forma rígida, y esa es la raíz (Stern et al., 2008). Las raíces son un sistema apendicular que emerge del troco formando una compleja red que puede llegar a constituir hasta un tercio del peso seco de la planta. La raíz de la mayoría de las plantas no se extiende más de 3 o 5 metros bajo tierra; la mayoría de los pastos poseen raíces confinadas a menos de medio metro bajo la superficie (Stern et al., 2008).

Figura 5.2. El anclaje de la raíz o el rizoide al suelo depende de múltiples factores como la profundidad y extensión de la raíz y del tipo de suelo sobre el cual se ancla.

Las raíces son una estructura propia de las embriofitas o plantas con un sistema vascular altamente especializado, por lo que evolucionaron durante el devónico medio o tardío –junto con una serie de hongos parasíticos o mutualistas como las micorrizas (Brundrett, 2002; Gregory J Retallack, 1997; Taylor, Remy, Hass, & Kerp, 1995).

Las plantas más ancestrales poseen rizoides, las cuales poseen la misma función de anclaje como en el caso del musgo. La diferencia entre una raíz y un rizoide es la cantidad de tipos de células que los componen, es decir de la cantidad de tejidos diferentes; un rizoide está compuesto por un tipo único de tejido, mientras que una raíz es un órgano compuesto por varios tipos de tejido. La función de anclaje de las raíces y rizoides es enteramente macroscópica y depende del rozamiento entre el suelo y la red de raíces/rizoides, por lo que no es necesario adentrarnos en la biología de las raíces en este punto.

Figura 5.3. Corte transversal de una raíz de sidra, las raíces son estructuras complejas compuestas por diferentes tipos de tejidos (son un órgano).

Figura 5.4. Los rizoides son estructuras simples compuestas por un solo tipo de célula (son un tejido).

  5.2 Los tallos de una planta como sistema de sostén

Las raíces pueden ser el sistema de anclaje de una planta, pero quien se encarga realmente de sostener la planta y anclar las partes vivas de esta es el tallo. El Tallo como hoy lo conocemos es un rasgo propio de las plantas embriofitas y posee dos características fundamentales que permiten a las hojas realizar sus funciones metabólicas a metros de distancia de la fuente de agua más cercana: el sistema circulatorio del xilema y el floema, y un mecanismo de sostenimiento del peso. En este sentido podemos distinguir dos tipos de tallos, los tallos leñosos y los tallos herbáceos.

Los tallos herbáceos, aunque poseen un sistema circulatorio que les permite a sus dueños crecer a una altura superior de unos cuantos milímetros, no permiten que la planta crezca mucho antes de colapsar. De hecho, algunas plantas de jardín colapsan cuando florecen debido a la ausencia de partes duras, otras colapsan cuando no se les aplica agua. La turgencia o dureza de estas plantas depende de un tipo de esqueleto llamado esqueleto hidrostático, es decir por la presión de agua en su interior (Moulia, Coutand, & Lenne, 2006).

Figura 5.5. Los tallos herbáceos son verdes, blandos y flexibles. Son capaces de realizar la fotosíntesis.  Los tallos leñosos son duros e incapaces de realizar la fotosíntesis. En esta sección examinaremos la composición del tallo leñoso.

Estos esqueletos hidrostáticos tienen límites de peso, por eso algunos jardineros atan estas plantas herbáceas a un palo que ancla las hojas o la flor; adicionalmente el esqueleto hidrostático pierde su turgencia si la disponibilidad de agua disminuye (Moulia et al., 2006). Los tallos leñosos por el contrario han desarrollado un material que endurece su estructura y le permite soportar un mayor peso, y elevar las estructuras mucho más, al ser un material muy versátil debido a su relación de peso y resistencia les permite a las plantas soportar pesos considerables hasta alturas de más de 100 metros de altura, estamos hablando de la madera (McPARLAND et al., 2007)

  5.3 Estructura de un tallo

Una ramita consiste en un eje sobre el cual las hojas se encuentran dispuestas (Stern et al., 2008). Dependiendo de la posición de las hojas ha sido desarrollada una nomenclatura para designarlas, evidentemente esto se trata de una tradición de los botánicos del renacimiento y la antigüedad, y puede o no tener algún componente taxonómico. Si las hojas se encuentran en una disposición alternante o en espiral, se las clasifica como alternas/alternantes. Si las hojas están unidas en parejas, se las clasifica como opuestas.

Figura 5.6. anatomía ideal de un tallo.

Figura 5.7. (Izquierda) hojas alternantes; (Derecha) hojas opuestas.

Si se encuentran en nidos de tres o más hojas, se las clasifica como verticiladas. El área o región –más no la estructura –donde se une una hoja con el tallo se denomina nodo, y la región de un tallo entre dos nodos se denomina internodo. La estructura que une al tallo con la hoja se denomina peciolo. El eje o Angulo entre un peciolo y un tallo se llama axila, en cada axila, así como en la punta de los tallos se localizan estructuras de crecimiento potencial llamados brotes, de las cuales puede crecer más ramas o permitir la formación de flores. Cada brote se encuentra protegido por escamas leñosas hasta que se encuentra listo para crecer en la estructura para la cual esté dispuesto (Stern et al., 2008).

A medida que la madera leñosa y la corteza reemplazan a un tallo herbáceo las estructuras respiratorias también cambian, los estomas son reemplazados por poros más grandes, y a veces macroscópicos llamados lenticelas con una función semejante. Las escamas leñosas del brote terminal de la rama son más grandes y generalmente dejan cicatrices que permiten conocer la edad de la planta. En otras ocasiones pueden encontrarse cicatrices provocadas por estructuras asociadas al peciolo y las hojas llamadas estípulas, por lo que es fácil confundirse.

  5.4 La lignina como material de sostén

La lignina es un polímero aromático muy complejo y amorfo que puede encontrarse en la pared celular de las plantas leñosas. La función de la lignina es la de ser un cemento o pegamento que une las fibras de celulosa y hemicelulosa, como si se tratara del concreto en un rascacielos. La lignina es uno de los compuestos biológicos de más difícil biodegradación –prácticamente se lo puede considerar como basura toxica producida naturalmente–siendo capaz de secuestrar el dióxido de carbono de la atmósfera sin dejarlo regresar cíclicamente. De hecho, el humus es en su mayor parte lignina no degradada. La lignina es el material rosado que rodea a los filamentos de celulosa y hemicelulosa en café. La estructura combinada funciona como el concreto y es la base molecular del sistema esquelético de las plantas leñosas.

Figura 5.8. La lignina es un material altamente complejo y difícil de degradar, comparte muchas propiedades con los plásticos, y, de hecho, durante la era carbonífera, la madera generó un problema al plástico actual, casi nada podía biodegradarla.

Solo las bacterias y los hongos son capaces de biodegradar la lignina –y solo después de mucho tiempo y en las condiciones adecuadas. Ninguna enzima animal es capaz de degradarla, por lo que animales como las termitas dependen de relaciones simbióticas para poder correr la madera. Adicionalmente la capacidad de degradar lignina parece ser una habilidad que tomó tiempo, mucho tiempo geológico para alcanzarse, ya que el secuestro del dióxido de carbono es una de las causas más probables para la extinción en masa que separa el periodo Carbonífero del periodo Pérmico de la era Paleozoica (Floudas et al., 2012) ¿Qué le sucedió a la madera y a la lignina que jamás fueron biodegradadas? Bueno el periodo Carbonífero recibe su nombre por algo ¿no? Carbonífero significa el que porta carbón, y ya hemos mencionado que la lignina secuestró el dióxido de carbono de la época, por lo que es fácil concluir que el carbón secuestrado de la atmósfera del Carbonífero fue convertido a través de la fosilización de la lignina en carbón mineral (Ruiz-Dueñas, Fernández-Fueyo, Barrasa, Hammel, & Martínez, 2014).

  5.5 La madera y sus propiedades

El uso del xilema secundario –mejor conocido como madera –por parte de los seres humanos como combustible, refugio, armamento y propósitos varios data desde la antigüedad, de hecho, si le podemos poner un sobrenombre es la del plástico de la naturaleza, es ligero, resistente, y se le puede dar la forma que se desee en las manos de un buen carpintero (Documental sobre la Tala / Documental sobre cambio climático y deforestación). La madera de un árbol vivo posee una gran cantidad de humedad, la cual puede llegar a representar poco menos del 50% de su peso, por lo que para poder emplearla generalmente se la debe secar, de forma tal que su contenido de humedad relativa baje a un 10% o menos. Esto se logra ventilando la madera con aire seco en pilas almacenadas en bodegas especializadas. El proceso de secado debe realizarse gradualmente y bajo una supervisión estricta, pues de lo contrario la madera puede deformarse o se pueden crear grietas no deseadas a lo largo de los radios haciéndola poco apta para la mayoría de los usos ordinarios.

La parte seca de la madera está compuesta por: glucosa (70 ± 5)%; lignina (20 ± 5)% junto con otros componentes secundarios que afectan el color y la textura como resinas, gomas, aceites, colorantes, taninos y almidón. Las proporciones de estos materiales afectan los usos que va a tener un tipo determinado de madera. La función de los dos componentes se asemeja al concreto, el cual posee barras de hierro que hacen que el cemento a su alrededor sea más flexible; en este caso la celulosa actúa como la fibra o barra, mientras que la lignina actúa como el cemento.

La densidad de la madera se encuentra entre sus propiedades más importantes, y se define como la relación entre su peso y su volumen. En botánica esta propiedad es denominada gravidez específica. La madera que posee una gravidez semejante a la del agua, es decir, que posee la misma densidad que el agua se la designa con el valor de 1.0. Si la densidad de la madera es menor a la del agua si gravidez es menor a 1.0 y viceversa. Esto posee efectos, específicamente contra el agua, pues si construyeras un barco con madera más densa que el agua, este se hundiría a menos que tuviera algunas modificaciones de diseño como los barcos de acero.

Por lo general la gran cantidad de espacios vacíos al interior de la madera asegura que posean una gravidez específica de entre 0.04-1.40. Por lo general la madera menos densa posee una gravidez específica de 1.2. Las maderas con una gravidez menor o igual a 0.5 se consideran ligeras, mientras que las maderas con una gravidez específica igual o mayor a 0.7 se consideran pesadas.

Entre las maderas más pesadas, aquellas con una gravidez específica de 1.25 o mayor, poseen propiedades semejantes a los metales, por lo cual algunos submarinos silenciosos aún son fabricados con ella. Los árboles que producen estas maderas superduras provienen de América del Sur y de la India, como en los árboles de Carnipus apodados maderas de hierro. La madera tiene la propiedad de soportar el decaimiento del tiempo provocado por invertebrados, eso se denomina durabilidad.

Los únicos linajes de seres vivos que pueden degradar la lignina, que es el cemento que mantiene unido a la madera, son las bacterias y los hongos, y ambos requieren de altos niveles de disponibilidad de agua para proliferar, a la disponibilidad de agua en la atmosfera se la denomina humedad. La celulosa, que funciona como las barras de hierro que le dan su flexibilidad a la madera, también necesita humedad para poder ser degradada por las enzimas de los hongos y las bacterias. Los componentes minoritarios de la madera, como los alcaloides, los taninos, los aceites y las resinas también pueden presentar antibióticos y fungicidas naturales que retrasan la colonización por parte de los hongos y las bacterias.


6. Esqueleto en plantas 2,Origen y desarrollo de los tallos

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Los tallos crecen gracias a que en su en su punta –región apical –se encuentra un tejido meristemático. Los tejidos meristemáticos se caracterizan por estar compuestos por células en constante mitosis y por ende en rápido crecimiento. Debido a que este meristemo se agrupa en la punta de los tallos y ramas se lo denomina meristemo apical.

Figura 6.1. Modelo idealizado del meristemo apical.

Figura 6.2. Microfotografía y modelo análogo del meristemo apical.

El meristemo apical se encuentra en latencia antes de las estaciones de crecimiento –ya sea primavera y verano en las regiones templadas, o las estaciones lluviosas en las regiones tropicales. El brote se encuentra protegido por escamas leñosas, así como por los primordios de los peciolos y las hojas. Cortar o dañar un brote significa que la planta no podrá continuar con su crecimiento en dicha región, aunque no siempre es el caso. En la siguiente imagen tenemos un corte longitudinal de la punta de Coleus.

El meristemo apical del tallo embrionario de una semilla también se encuentra en latencia hasta que la semilla encuentra las condiciones de germinación. Cuando el brote comienza a expandirse o cuando la semilla germina, las células del meristemo apical empiezan una rápida mitosis y pronto tres meristemos primarios se desarrollan a partir de él. El más externo de los meristemos primarios se denomina protodermo y da lugar a la epidermis. A pesar de que existen plantas con una tendencia diferente, la epidermis es típicamente de una célula de espesor, y pronto empieza a segregar una sustancia dura y serosa llama cutícula que impide que el agua se evapore a través del tallo. Un cilindro de fibras que constituye el procambium aparece al interior de protodermo, a partir de estas fibras crecen los tejidos de conducción o sistema circulatorio de las embriofitas denominados floema y xilema.

Figura 6.3. En la micrografía anterior tenemos el procambium, el cual es el tejido madre del cual se diferencian el xilema y el floema primarios de un tallo/raíz joven.

El meristemo remanente denominado meristemo de la capa base produce dos tejidos compuestos por células parenquimatosas. Las células parenquimatosas son hasta cierto punto el equivalente a las células madre en los animales, se trata de células poco especializadas que rellenan muchos espacios y que bajo las condiciones adecuadas pueden dar lugar a tejidos meristemáticos de crecimiento.

El tejido parenquimatoso en el centro de un tallo se denomina Médula. El tejido parenquimatoso de un tallo que compone la médula no es sólido, poco después de su desarrollo se rompe para dejar un área hueca. Si no se rompe, con el tiempo es aplastado por nuevos tejidos producidos por otros meristemos. El otro tejido producido por el meristemo de la capa base es el córtex.

El córtex es una capa intermedia entre la epidermis y la médula, a menudo se encuentra salpicado por los ramilletes de tubos del sistema vascular. A pesar de que el córtex es más extenso que la médula, con el tiempo también es reemplazado por nuevos tejidos meristemáticos que crecen desde la médula, siendo aplastado hacía el centro del tallo.  El parénquima de la médula y del córtex sirve no solo como tejido madre, también –y principalmente – como almacén de nutrientes y como tejido fotosintético –solo si está verde.

Figura 6.4. En la imagen anterior tenemos un Corte transversal de un tallo joven. Todos los cinco tejidos producidos por el complejo del meristemo apical: epidermis, xilema primario, floema primario, médula y córtex; emergen cuando el tallo está creciendo y se denominan tejidos primarios. Al mismo tiempo se forman los brotes de las hojas, los cuales deben conectar sus primordios de floema y xilema a sus contrapartes en el tallo en crecimiento.

  6.1 Cambium vascular y la madera

Ninguno de los tejidos embrionarios constituye la mayor parte del volumen de un tallo maduro. Justo en medio del floema y el xilema primarios se desarrolla una capa de tejido meristemático denominada cambium o más específicamente cambium vascular, aunque podría denominárselo más fácilmente como la capa vascular. Esta capa funciona como un tejido de células madre pluripotenciales que continuamente regenerar tejidos especializados y se regenera a sí misma.

Figura 6.5. El cambium vascular es una capa de tejido que produce xilema hacia el interior y floema hacia el exterior. El xilema se divide en funcional "que está en contacto con el cambium" y xilema muerto. A las múltiples capas de xilema muerto le llamamos madera o leña.

La capa vascular o cambium desarrolla una serie de tejidos como las traqueidas “células del xilema”, elementos de los vasos, fibras y otros componentes del xilema secundario, así como células filtro y otros componentes del floema. Sin embargo, la mayor parte del cambium vascular se dedica a la formación del xilema secundario, una serie de tubos que cumplen la misma función que el xilema primario “transportar agua y minerales de la raíz a las hojas. El xilema secundario se caracteriza por sintetizar un polímero complejo denominado lignina que se mezcla junto con la celulosa de la pared celular haciendo que los tejidos del xilema sean particularmente duros. Al conjunto del xilema secundario que ha sintetizado y saturado sus paredes celulares con lignina lo denominamos madera o leña. Su crecimiento se da hacia el interior del cambium vascular.

Figura 6.6. En el modelo anterior podemos apreciar detalles de los tejidos que componen un tallo leñoso de dos años. El xilema secundario funcional está cercano al cambium vascular, mientras que el xilema secundario muerto o madera está cercano al xilema primario.

El floema primario es posteriormente separado del cambium vascular por el desarrollo del floema secundario, el cual al igual que el floema primario tiene la función de transportar glucosa y otros productos de la actividad celular desde las hojas a todos los tejidos vivos de la planta, especialmente a las raíces. El floema secundario crece hacia el exterior desde el cambium vascular.

  6.2 Cambium de corcho y la corteza

En muchas plantas, especialmente las especies leñosas, emerge una segunda capa de cubierta o cambium, este segundo cambium emerge de la epidermis o del floema primario. Recibe muchos nombres, la traducción literal desde el inglés es la de cambium de corcho, aunque en la literatura en español se lo puede encontrar como falógeno, cambium suberógeno o suberoso. El cambium suberoso está formado por células que segregan suberina, una sustancia aceitosa que hace al tronco impermeable. Esta capa suberosa constituye la corteza externa del árbol y protege las partes vivas de la intemperie y los parásitos. De hecho, tan pronto como la capa suberosa se forma, la epidermis primaria del tallo muere debido a que corta el flujo de agua y nutrientes desde el floema a la epidermis. De forma inversa, tiene el potencial de asfixiar los tejidos internos del tallo, pero al igual que las hojas, el tallo posee poros microscópicos denominados lenticelas que permiten en intercambio de gases de importancia metabólica.

Figura 6.7. Aunque generalmente nos referimos a la corteza de un árbol como madera, su constitución estructural es completamente diferente, la madera verdadera es el xilema muerto de un árbol, la corteza es un producto segregado por el cambium suberoso o de corcho y no está relacionado con el xilema.

  6.3 Estela

El xilema primario, el floema primario y la médula, si están presentes, forman un cilindro central llamado estela, la cual tiende a estar presente solo en los especímenes más jóvenes. La estela es la forma desarrollada del procambium, en el cual el tejido del floema y el xilema primarios se han diferenciado, pero aun forman un anillo al rededor de la médula del tallo.  La forma más simple de una estela se llama protoestela, consiste en un núcleo sólido de tejidos vasculares en los que el floema rodea al xilema. En este punto aún no ha crecido el cambium vascular, por lo que ambos tejidos vasculares primarios aún se encuentran en contacto. Las protéstelas en especímenes adultos son comunes en plantas productoras de semillas primitivas que se encuentran extintas en la actualidad, aunque también pueden encontrarse en algunos helechos y en los licopodios.

Figura 6.8. Las estelas pueden organizarse de múltiples formas, pero en general el xilema "rojo" se organiza al interior y el floema "azul" hacia el exterior, esta tendencia se debe a que la mayoría de las plantas vasculares se organizan como la eustela, con islotes vasculares formando un anillo.

La mayoría de las plantas productoras de semilla en la actualidad poseen euestelas, en los que el xilema y floema primarios se encuentran separados de forma discreta por haces vasculares que funcionan como muros de diferenciación; así como por todo el xilema secundario. Las plantas con flor poseen cierta diversidad en la forma en que presentan sus tallos, por lo que a continuación describiremos sus diferencias principales.

Figura 6.9. En la imagen anterior podemos apreciar una micrografia de una eustela con los islotes vasculares formando un anillo alrededor de la médula, en este caso no se ha formado el cambium vascular ni el xilema o floema secundarios.

  6.4 El xilema de las gimnospermas

La nomenclatura empleada para describir la composición de la madera es un poco complicada si no tenemos claridad sobre las diferencias entre el xilema de las gimnospermas con respecto a las dicotiledóneas –recordemos que la madera es el xilema secundario muerto o vivo en un tallo y que la madera es la principal estructura de soporte y apoyo. Todos sabemos que el xilema transporta agua y minerales no procesados –denominados informalmente como sabia bruta. Lo que no se dice es que los componentes del xilema son dos entidades diferentes: las traqueidas y las traqueas.

Figura 6.10. En la imagen anterior tenemos a la izquierda el xilema. El xilema puede estar compuesto por la tráquea "en azul con flechas ascendentes" y por las traqueidas "células en café alrededor de la tráquea". Las traqueidas son células que forman las paredes de las tráqueas y en conjunto forman el xilema.

Una tráquea es un vaso o conducto hueco, mientras que una traqueida en un compartimento segmentado. En las angiospermas el xilema está compuesto por traquedas, que son tubos muy alargados que interactúan entre sí por medio de poros. Las traqueidas cumplen la misma función, pero estas no forman cilindros huecos, sino una serie de células más cortas que se interconectan entre sí para transportar la sabia bruta (Zimmermann, 1983).  En las gimnospermas o plantas productoras de conos como los pinos, el xilema está compuesto mayoritariamente por traqueidas, mientras que en angiospermas como las dicotiledóneas el xilema está compuesto principalmente por tráqueas.

Figura 6.11. Modelo y microfotografía del xilema

7. Esqueleto en plantas 3,Tallos como elemento de soporte

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Un tallo es uno de los dos ejes estructurales principales de una planta vascular, el otro es la raíz. Sostiene hojas, flores y frutos, transporta agua y sustancias disueltas entre las raíces y los brotes en el xilema y el floema, almacena nutrientes y produce nuevo tejido vivo. El tallo también se puede llamar halm o haulm o culmos. El tallo normalmente se divide en nodos y entrenudos:

👉          Los nodos sostienen una o más hojas, así como brotes que pueden convertirse en ramas (con hojas, piñas de coníferas o flores). También se pueden producir raíces adventicias a partir de los nudos. Las vides pueden producir zarcillos a partir de los nudos.

👉          Los entrenudos distancian un nodo de otro.

El término "brotes" a menudo se confunde con "tallos"; "brotes" generalmente se refiere al nuevo crecimiento de plantas frescas que incluye tanto tallos como otras estructuras como hojas o flores. En la mayoría de las plantas, los tallos se encuentran por encima de la superficie del suelo, pero algunas plantas tienen tallos subterráneos. Los tallos tienen cuatro funciones principales que son:

👉          Soporte y elevación de hojas, flores y frutos. Los tallos mantienen las hojas a la luz y proporcionan un lugar para que la planta conserve sus flores y frutos.

👉          Transporte de fluidos entre las raíces y los brotes en el xilema y el floema (ver más abajo).

👉          Almacenamiento de nutrientes.

👉          Producción de nuevo tejido vivo. La vida normal de las células vegetales es de uno a tres años. Los tallos tienen células llamadas meristemas que generan anualmente nuevo tejido vivo.

Los tallos tienen dos tejidos en forma de tubería llamados xilema y floema. El tejido del xilema transporta agua por la acción de la transpiración, la acción capilar y la presión de la raíz. El tejido del floema consta de tubos cribosos y sus células acompañantes. Los dos tejidos están separados por cambium, un tejido que se divide para formar células de xilema o floema.

  7.1 Tallos de dicotiledóneas herbáceas

Las dicotiledóneas herbáceas representan todas aquellas dicotiledóneas que han perdido su capacidad para acumular lignina en las paredes de las células que conforman el xilema secundario de los tallos. Por lo general estas plantas no viven por mucho tiempo, teniendo ciclos de vida anuales.

Los tejidos vasculares de estas dicotiledóneas son principalmente primarios, esto se debe precisamente a que no permanecen mucho tiempo vivas. Los tejidos vasculares secundarios se desarrollan a medida que la planta crece y que el tronco envejece, pero una planta con un periodo de vida limitada a un año o seis meses no desarrolla un cambium vascular muy grueso.

En estas especies los tejidos vasculares primarios tienden a asociarse en isletas discretas o parches que forman un anillo alrededor de la médula del tallo que agrupa tanto al xilema como al floema primarios. En algunas ocasiones un delgado cambium vascular puede emerger, generando el xilema y el floema secundarios. En estos casos el xilema y el floema secundarios no sobrepasan al xilema y el floema primarios, simplemente se adicionan a los islotes vasculares de la planta, siendo en tal caso un cambium vascular muy delgado.

  7.2 Tallos de dicotiledóneas leñosas

Las dicotiledóneas leñosas jóvenes inician su desarrollo de forma muy similar a una planta herbácea, con el xilema y el floema primarios y en contacto, formando un anillo en parches alrededor de la médula. Sin embargo, tan pronto como el cambium vascular y el cambium de corcho (corteza) empiezan a desarrollarse las diferencias aparecen a la vista. Las diferencias más importantes corresponden al xilema secundario o madera como es mejor conocido. A diferencia del xilema primario, el xilema secundario forma un cilindro continuo alrededor de la médula. Dependiendo del tipo de árbol y de sus condiciones, la apariencia del xilema secundario cambia.

Figura 7.1. En la imagen anterior podemos apreciar una micrografia de una eustela dicotiledónea con los islotes vasculares formando un anillo alrededor de la médula, en este caso no se ha formado el cambium vascular ni el xilema o floema secundarios.

En los árboles de crecimiento continuo como el ébano, el xilema secundario crece de forma relativamente continua durante todo el año, lo cual le da una apariencia sin grano a su madera. Los árboles que crecen en las regiones templadas deben afrontar las cuatro estaciones, las cuales se dividen en estaciones de crecimiento –primavera y verano – y estaciones de latencia –otoño e invierno.

Aun al interior de las estaciones de crecimiento, el ritmo no es constante, el xilema secundario crece a un mayor ritmo, sus vasos vasculares son más numerosos y amplios. Por el contrario, el xilema secundario tiene dificultades para crecer durante el verano. Esto puede deberse a que con una menor disponibilidad de agua en el verano, los tubos del xilema deben hacerse más angostos para que la capilaridad sea mayor y en consecuencia pueda elevarse suficiente agua a las hojas de la copa. Por tal razón se genera una capa diferenciada de dos componentes: la madera de primavera con tubos del xilema más amplios y la madera del verano con tubos del xilema más angostos.

👉          Los anillos anuales: Un anillo anual consiste en una capa de xilema de vasos amplios y una capa de xilema de vasos angostos. Los intervalos entre uno y otro tipo de xilema es lo que crea un patrón de bandas a nivel macroscópico, esto se debe a que el grosor mancomunado de los vasos del xilema y sus demás componentes determinar su color relativo, por lo cual el xilema de verano y de primavera poseen colores diferentes. En las coníferas, la madera del xilema de los años anteriores pierde algunos componentes quedando solo las traqueidas. Los anillos anuales son todavía visibles debido a que al igual que sucede con los vasos, las traquidas de primavera son considerablemente más grandes que las de verano, lo cual altera la coloración de las capas del xilema producidas en una y otra estación. Tenga en cuenta que las dos capas de un anillo anual están compuestas por múltiples capas de células, de no ser así serian invisibles.

Figura 7.2. Los anillos anuales permiten no solo contar los años, sino identificar cuales años fueron más benignos que otros para el crecimiento del árbol.

El cambium vascular produce más xilema –en su interior – que floema –en su exterior. El xilema tiene la tendencia a tener paredes más rígidas, necesarias para una mayor capilaridad, esta es una de las razones que pudieron impulsar la evolución de la lignina a mediados del Devónico. Como resultado, la mayor parte del peso del tallo de un árbol consiste en anillos anuales muertos –hacia el interior del cambium vascular en crecimiento –siendo reemplazado capa por capa en cada una de las estaciones de crecimiento. Una vez que la capa del xilema del verano pierde su actividad –debido a los cambios en las condiciones del ambiente –su función es reemplazada por el xilema de verano. Cuando pasa el periodo de latencia de invierno y primavera, una nueva capa de primavera emerge reemplazando la función del xilema del año anterior.

Si le ocurriera una lesión fuerte al árbol que penetrara la corteza hasta el cambium en crecimiento, la cicatriz quedaría registrada en la capa del año respectivo, mientras que el cambium crece sobre la cicatriz y continua su crecimiento “en ocasiones alterando el patrón de crecimiento del cambium vascular”. Adicionalmente, el grosor de la capa de primavera y verano pueden indicar las condiciones ambientales de la respectiva temporada, lo cual le permite al botánico realizar afirmaciones sobre el pasado. A esta rama de la botánica se la conoce como dendrocronología.

👉          Dendrocronología: La dendrocronología (Video de YouTube 1 / Video de YouTube 2Video de YouTube 3) es el estudio del tiempo por medio de la información recolectada en los anillos anuales de los árboles. Por ejemplo, su la lluvia durante un año particular es más alta, el anillo anual para ese año será más grueso debido a que la lluvia favoreció su crecimiento. Las condiciones de un ecosistema no están determinadas exclusivamente por los factores abióticos, sino también por los factores bióticos. El forrajeo de los herbívoros también puede afectar el grosor de los anillos anuales. Un ejemplo de esto es que cuando hay una infestación de orugas particularmente álgida y estas devoran la mayoría de las hojas del árbol, el anillo anual se hace más delgado debido a la deficiencia en la fotosíntesis producto de tener pocas hojas en actividad.

Si un incendio quema por debajo de la corteza del árbol, quedará la cicatriz para el anillo de crecimiento de este año en particular, pero no quedará un hueco, el cambium vascular simplemente crecerá sobre la cicatriz de forma que vuelve a generar un cilindro continuo para crear el anillo del año próximo. Por lo anterior, simplemente se deben contar una a una las capas de los anillos anuales hasta llegar a la cicatriz para determinar el año en que el incendio tuvo lugar. No es necesario cortar el árbol para determinar su edad. Los botánicos han desarrollado instrumentos que permiten realizar cortes transversales cilíndricos de un árbol vivo. Se trata de un tubo hueco que penetra desde la corteza hasta la médula del árbol o más, permitiendo extraer un cilindro de madera. Este cilindro de madera es luego analizado.

El conteo de los anillos anuales ha provocado la destrucción de mitos amados. Por ejemplo, el roble de Hooker, un monumental árbol lo suficientemente grande como para dar sombra a 9000 personas en un día de verano ha sido reverenciado por su gran antigüedad, la cual según el mito y la placa puesta por la administración local tenía supuestamente 1000 años. En 1977 se demostró, por medio del conteo de los anillos anuales, que el susodicho roble tenía menos de 300 años.

Figura 7.3. El roble de Hooker

👉          La muerte del xilema y los tipos de madera: Como mencionamos anteriormente, a medida que el cambium vascular se engrosa, las capas o anillos anuales del xilema más internos mueren, lo cual implica que solo la capa más externa del xilema secundario realiza la función de transportar la sabia bruta, la pregunta en este punto es ¿Qué le sucede al xilema de las estaciones previas? A medida que el árbol envejece, los protoplastos del parénquima que se encuentra en la médula del árbol invade el lumen –cavidad hueca –del xilema, ya sea este tráquea o traqueida. En otras palabras, las células del tejido parenquimatoso invaden como un cáncer el xilema inactivo de las estaciones más viejas, y se convierte su volumen en un espacio de almacenamiento para metabolitos secundarios –productos del metabolismo que pueden tener funciones secundarias a la supervivencia o simplemente ser muy toxicas para dejarlas libres en la célula.

Figura 7.4. Algunos tipos de madera (Video de YouTube).

Algunos de estos metabolitos secundarios son gomas, resinas, taninos o alcaloides, así como pigmentos que provocan que el xilema se haga más oscuro, en otras palabras, el xilema o madera vieja se oscurece. A esta madera vieja se la denomina madera del corazón o duramen, mientras que el xilema ubicado hacia el exterior del cambium vascular es más ligero –porque aún sigue hueco –y se denomina albura/ madera blanca/ madera joven. Diferenciar entre la albura y el duramen depende mucho de la especie con la que se está trabajando.

Desde el punto de vista de la industria de la madera, y especialmente de la carpintería, la albura es un factor a tener muy en cuenta en cada una de las maderas, tanto es así que en cualquier informe técnico sobre cualquier especie, lo primero que se refiere es al color del duramen (parte central del tronco) y a la albura; hay algunas maderas que si su albura fuera más resistente serían mucho más apreciadas, ya que la albura normalmente no sirve para trabajarla o bien se pudre antes, incluso tiene un color completamente diferente, que es casi siempre blanco.

La madera vieja o xilema viejo no realiza la función de transporte de sabia bruta, y en consecuencia no se lo puede considerar como parte del sistema circulatorio de la planta. Sin embargo, su función es la de sostenimiento y anclaje, justo las funciones de un sistema esquelético. La dureza de la madera no depende del xilema en sí, sino de estructuras accesorias llamadas fibras, las gimnospermas como los pinos no tienen fibras, por lo que sus maderas tienden a ser más blandas en comparación con angiospermas como las dicotiledóneas leñosas, que al poseer fibras generan maderas más duras.

👉          Resinas, alcaloides y otros productos de los tallos leñosos: En muchas gimnospermas, los conductos que almacenan metabolitos secundarios no solo residen en la madera vieja, sino que se encuentran distribuidos en otros tejidos del tronco más externos. Estos canales con forma de tubo dependiendo de la especie pueden ser lineales o ramificados. A pesar de que los canales de resinas están asociados comúnmente a las gimnospermas, algunas angiospermas también los presentan. Los arboles tropicales como el olíbano y la mirra poseen conductos de resina cerca de la corteza, sus resinas son conocidas respectivamente como el frankincienso y la mirra, conocidas desde la antigüedad. Commiphora myrrha (Amar, 2003) es la especie de angiosperma que produce la mirra como una resina “imagen siguiente”.

Figura 7.5. Árboles de mirra “Commiphora myrrha”, la mirra fue un  material importante para el comercio del mundo antiguo, siendo uno de los regalos dados por los Reyes Magos a Jesús.

A medida que el cambium vascular produce nuevo xilema secundario constantemente en su interior, también se encuentra produciendo floema secundario hacia su exterior. El término genérico de corcho es aplicado a todos los tejidos por fuera del cambium vascular o corteza. Algunos autores distinguen entre la corteza interna compuesta por el floema primario y secundario; de la corteza externa que consiste en el cambium de corcho que está en contacto con la intemperie. Al igual que sucede con el xilema, el floema no funciona de forma permanente, esto se debe a que a medida que el cambium vascular crece, este genera presión hacia afuera del árbol, lo cual hace que el floema primario y secundario originales se aplasten. Cuando esto sucede, la corteza interna inicia la producción de nuevo floema secundario. Lo anterior provoca que la sabia procesada, que transporta gran cantidad de azucares y otros metabolitos secundarios se encuentre muy próxima a la corteza, por lo que solo se necesita una herramienta cortante para acceder a esta rica fuente de nutrientes. Los nativos americanos se dieron cuenta de esto, y emplearon por milenios la sabia del abeto de Douglas Pseudotsuga menziesii “imagen siguiente” como una fuente de alimento en estaciones difíciles.

Figura 7.6. Abeto de Douglas  “Pseudotsuga menziesii”.

Debido a la facilidad con que se puede acceder a su sangre nutritiva, es que los arboles poseen conductos de resinas cerca de la superficie, cuando se produce una lesión, los conductos segregan resinas en la herida, atrapando y matando a artrópodos y bacterias que intentan infectar el floema o el xilema del tallo. La resina más común es el látex vegetal, el cual está compuesto por gomas, proteínas azucares, aceites alcaloides y otras sustancias con efectos biológicos. Algunas formas de látex tienen un gran valor comercial (Video de YouTube), pero entre ellas el caucho es el más importante de todos. Pero otros tipos de látex sirven para producir gomas de mascar. Otros poseen efectos neuronales en los animales como en las amapolas del opio de las cuales se extrae la morfina y la heroína (Pareek, Srivastava, Maheshwari, & Gupta, 2012).  Otro tipo de látex con efecto neuronal es la producida por el árbol del Sali, sause blanco o Salix alba que es un tipo de sauce, su efecto analgésico permitió la síntesis de la droga más exitosa de todos los tiempos, el humilde pero efectivo ácido acetil salicílico “aspirina” (Harbourne, Marete, Jacquier, & O’Riordan, 2009).

  7.3 Tallos de las monocotiledóneas

Las monocotiledóneas como los pastos y los lirios son plastas herbáceas, es decir, plantas en cuyos xilemas no se acumula lignina, por lo que son verdes y no adquieren grandes tamaños. Adicionalmente no poseen ni corteza y cambium vascular, por lo que sus islotes vasculares proceden de los tejidos embrionarios, en otras palabras no producen nuevo floema o xilema secundarios. Como en las dicotiledóneas herbáceas, la superficie en contacto con el ambiente es la epidermis, pero la principal diferencia es la ubicación de los islotes vasculares, estos se encuentran distribuidos sin formar el típico patrón de anillo de las dicotiledóneas. Los islotes vasculares en las monocotiledóneas se encuentran dispersos por el tallo.

Figura 7.7. Tejido vascular de una monocotiledónea.

Cada islote está organizado de forma que el xilema se encuentra orientado al eje del tallo, y el xilema se encuentra orientado hacia la parte externa del tallo. Por lo general, los primeros islotes vasculares en aparecer son aplastados a medida que la planta crece, por esta razón tienden a desaparecer los que se encuentran en el centro del tallo. De esta forma el patrón de distribución de islotes vasculares de floema y xilema de una monocotiledónea como el maíz se basa en pocos hacia el centro y muchos hacia el exterior, pero en un tallo delgado este patrón no es tan aparente.

8. Esqueleto en plantas 4,Tallos especializados

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Como cualquier estructura biológica, los tallos pueden sufrir modificaciones secundarias especializándose en funciones que ya realizaba de forma básica. Este proceso evolutivo se denomina subfuncionalización, y hace parte de los procesos de especialización de especies que evolucionan en ecosistemas estables y altamente competitivos. A pesar de que la mayoría de las plantas poseen tallos erectos que cumplen las funciones del sistema esquelético de sostener y anclar diversos órganos de las plantas, muchas especies poseen tallos modificados para realizar diversas funciones. Por lo general la especialización en una función determinada está marcada por la adquisición de una forma diferente, sin embargo, sea cual sea la modificación, los tallos pueden identificarse en base a la presencia de nodos, internodos y brotes auxiliares. Estas características distinguen al tallo y al tronco de otras estructuras como las hojas, los peciolos y las raíces. Las hojas en los nodos de estos tallos y ramas especializadas tienden a ser pequeños o con formas de escama, aunque raramente son verdes en algunas ocasiones pueden presentarse en sus tamaños completos y con todas sus funciones fotosintéticas. A continuación, describiremos algunas de estas funciones:

  8.1 Rizomas

Los rizomas son tallos horizontales que crecen cerca de la superficie del suelo. Debido a esto se las puede confundir fácilmente con raíces, pero un examen detallado revela la presencia de hojas pequeñas en forma de escama y brotes auxiliares en cada nodo en al menos alguna etapa de su desarrollo.

Figura 8.1. Rizoma.

Raíces adventicias son producidas a todo lo largo de un rizoma, especialmente cerca de la superficie. En botánica, la palabra adventicia se refiere a órganos que crecen en lugares poco usuales, como en este caso, una raíz creciendo a partir de una rama.

  8.2 Estolones y tallos corredores

Son tallos horizontales que difieren de los rizomas en que crecen paralelos al suelo como en las fresas, y pueden ser lineales o ramificados.

Figura 8.2. Estolones.

  8.3 Tubérculos

Son especializaciones de la punta de un estolón, cuando este madura se aísla del resto del estolón que le dio nacimiento. Se trata de almacenes nutrientes. Los tubérculos no se consideran raíces ya que poseen brotes, nodos e internodos igual que un tallo, y al igual que un tallo, sus brotes pueden germinar regenerando la planta.

Figura 8.3. Tubérculos

  8.4 Bulbos

Se trata de brotes hipertrofiados cubiertos por muchas escamas y hojas carnosas con un tallo pequeño en la punta más baja.

Figura 8.4. Bulbos.

  8.5 Cormos

Semejantes en apariencia a los bulbos, pero difieren de ellos al estar compuestos casi completamente de tejido del tallo.

Figura 8.5. Cormos.

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