El geotropisme és la influència de la gravetat en el moviment de les plantes. Geotropismo ve de les paraules «geo» que significa terra i «tropisme» que significa moviment provocat per un estímul (Öpik & Rolfe, 2005).
En aquest cas, l'estímul és la gravetat i el que es mou és la planta. Com l'estímul és la gravetat, a aquest procés també se li coneix com gravitropismo (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Per molts anys aquest fenomen ha despertat la curiositat dels científics, els quals han investigat com ocorre aquest moviment en les plantes. Molts estudis han demostrat que diferents zones de la planta creixen en direccions oposades (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
S'ha observat que la força de gravetat juga un paper fonamental en l'orientació de les parts d'una planta: la part superior, formada per la tija i les fulles, creix cap amunt (gravitropismo negatiu), mentre que la zona inferior constituïda per les arrels, creix cap avall en direcció a la gravetat (gravitropismo positiu) (Hangarter, 1997).
Aquests moviments mitjans per la gravetat garanteixen que les plantes realitzen les seues funcions adequadament.
La part superior està orientada cap a la llum de el sol per fer la fotosíntesi, i la part inferior està orientada cap al fons de la terra, perquè les arrels puguin assolir l'aigua i els nutrients necessaris per al seu desenvolupament (Chen et al., 1999).
Com passa el geotropisme?
Les plantes són extremadament sensibles a l'ambient, aquestes poden influenciar el seu creixement en funció dels senyals que perceben, per exemple: llum, gravetat, tacte, nutrients i aigua (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
El geotropisme és un fenomen que ocorre en tres fases:
Detecció: la percepció de la gravetat és duta a terme per unes cèl·lules especialitzades anomenades estatocistos.
Transducció i transmissió: l'estímul físic de la gravetat és convertit en un senyal bioquímica que és transmesa a altres cèl·lules de la planta.
Resposta: les cèl·lules receptores creixen de tal manera que es genera una curvatura que canvia l'orientació de l'òrgan. Així, les arrels creixen cap avall i les tiges cap amunt, sense importar l'orientació de la planta (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Figura 1. Exemple de geotropisme en una planta. Cal notar la diferència en l'orientació de les arrels i de la tija. Editada per: Katherine Briceño.
Geotropismo a les arrels
El fenomen de la inclinació de l'arrel cap a la gravetat es va estudiar per primera vegada fa molts anys. En el famós llibre "El poder de el moviment en les plantes", Charles Darwin va reportar que les arrels de les plantes tendeixen a créixer cap a la gravetat (Ge & Chen, 2016).
La gravetat es detecta a la punta de l'arrel i aquesta informació es transmet a la zona d'elongació, per mantenir la direcció de creixement.
Si hi ha canvis d'orientació pel que fa a el camp de gravetat, les cèl·lules responen canviant la seva mida, de manera que la punta de l'arrel segueixi creixent en la mateixa direcció de la gravetat presentant geotropisme positiu (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup, 2017; Wolverton et al., 2011).
Darwin i Ciesielski van demostrar que hi havia una estructura a la punta de les arrels que era necessària perquè passés el geotropismo, a aquesta estructura la van cridar "caputxó".
Ells van postular que el caputxó era l'encarregat de detectar els canvis en l'orientació de les arrels, respecte a la força de gravetat (Chen et al., 1999).
Estudis posteriors van demostrar que en el caputxó ha unes cèl·lules especials que sedimenten en direcció a la gravetat, aquestes cèl·lules s'anomenen estatocistos.
Els estatocists contenen unes estructures similars a pedres, els criden amiloplastos perquè estan plens de midó. Els amiloplastos a l'ésser molt densos sedimenten just a la punta de les arrels (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
A partir d'estudis recents de biologia cel·lular i molecular, s'ha millorat la comprensió de l'mecanisme que regeix el geotropisme de l'arrel.
S'ha demostrat que aquest procés requereix el transport d'una hormona de creixement anomenada auxina, aquest transport es coneix com a transport polar d'auxines (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
Aquest va ser descrit en la dècada de 1920 en el model de Cholodny-Went, que proposa que les curvatures de creixement es deuen a una distribució desigual de auxines (Öpik & Rolfe, 2005).
Geotropismo en les tiges
Un mecanisme similar passa en les tiges de les plantes, amb la diferència que les seves cèl·lules responen de manera diferent a l'auxina.
En els brots de les tiges, l'augment de la concentració local d'auxina promou l'expansió cel·lular; l'oposat passa a les cèl·lules de l'arrel (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
La sensibilitat diferencial a l'auxina ajuda a explicar l'observació original de Darwin que les tiges i les arrels responen de forma oposada a la gravetat. Tant en arrels com a tiges, l'auxina s'acumula cap a la gravetat, a la banda inferior.
La diferència està en que les cèl·lules de la tija responen de manera oposada a les cèl·lules de l'arrel (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
En les arrels, s'inhibeix l'expansió cel·lular en el costat inferior i es genera la curvatura cap a la gravetat (gravitropismo positiu).
En les tiges, l'auxina també s'acumula al costat inferior, però, l'expansió cel·lular augmenta i dóna com a resultat la curvatura de la tija en sentit oposat a la gravetat (gravitropismo negatiu) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
referències
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Gravitropism in Higher Plants. Plant Physiology, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Negative gravitropism in plant roots. Nature Plants, 155, 17-20.
- Hangarter, RP (1997). Gravity, light and plant form. Plant, Cell and Environment, 20, 796-800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH,… Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: A Model for the Study of Root and Shoot Gravitropism (pp. 1-24).
- Morita, MT (2010). Directional Gravity Sensing in Gravitropism. Annual Review of Plant Biology, 61, 705-720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). The Physiology of Flowering Plants. (CU Press, Ed.) (4th ed.).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). New insights into root gravitropic signalling. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155-2165.
- Taiz, L., & Zeiger, I. (2002). Plant Physiology (3rd ed.). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropism and mechanical signaling in plants. American Journal of Botany, 100 (1), 111-125.
- Wolverton, C., Paya, AM, & Toska, J. (2011). Root cap angle and gravitropic response rate are uncoupled in the Arabidopsis pgm-1 mutant. Physiologia Plantarum, 141, 373-382.