Esta planta de hojas azules no teme a la oscuridad.

Las frutas y flores vienen en una amplia gama de colores, lo que puede ayudar a las plantas a atraer animales beneficiosos como los polinizadores. Sin embargo, las hojas son generalmente verdes, ya que ese es el color de la clorofila, las plantas de pigmento usan para la fotosíntesis.

Pero los fotosintetizadores no necesariamente tienen que ser verdes. Muchas plantas tienen follaje rojizo, por ejemplo, debido a la presencia de otros pigmentos además de la clorofila, como los carotenoides o antocianinas. Y antes de que la Tierra tuviera una atmósfera de oxígeno, el planeta podría haber pasado por una "fase púrpura", dirigida por microbios de color violeta que usaban una molécula diferente sensible a la luz, la retina, en lugar de clorofila.

Y ahora, gracias a un equipo de investigadores en fotónica y biólogos, estamos aprendiendo sobre otro giro extraño en la fotosíntesis: las begonias azules brillantes.

Enredado en azul

A diferencia de los microbios púrpuras, las hojas azules de estas begonias dependen de la clorofila al igual que la vegetación verde. Sin embargo, a diferencia de muchas plantas de hojas rojas, tampoco obtienen su color de pigmentos adicionales. Según un nuevo estudio publicado en la revista Nature Plants, su follaje de zafiro proviene de algo aún más extraño: cristales a nanoescala que los ayudan a sobrevivir en la oscuridad de un sotobosque de la selva tropical.

Las begonias son plantas de interior populares, en parte porque pueden sobrevivir en interiores sin luz solar directa. Esa habilidad evolucionó entre las begonias silvestres en los suelos de los bosques tropicales y subtropicales, donde solo astilla de luz solar gotea a través del dosel de arriba. Para que la fotosíntesis funcione allí, los cloroplastos, las estructuras celulares que contienen clorofila, tienen que aprovechar al máximo la poca luz que reciben.

La ciencia conoce más de 1.500 especies de begonia, incluidas algunas que han deslumbrado a los humanos durante mucho tiempo con un brillo azulado en sus hojas. Sin embargo, como explica el nuevo estudio, el propósito biológico de estas hojas azules no ha sido claro, lo que lleva a los científicos a preguntarse si disuade a los depredadores o protege a las plantas de demasiada luz.

Ese misterio persistió hasta que los investigadores de la Universidad de Bristol y la Universidad de Essex del Reino Unido notaron algo sobre la begonia de pavo real ( Begonia pavonina ), una especie nativa de los bosques montanos de Malasia. Es conocido por sus hojas de color verde brillante que a veces, en ciertos ángulos de luz, brillan azul iridiscente. Sin embargo, se mantiene verde cuando se cultiva con luz brillante, descubrieron, volviéndose azul solo en relativa oscuridad.

El cristal oscuro

La mariposa morfo azul debe sus alas iridiscentes a los cristales fotónicos. (Foto: caspar s / Flickr)

Normalmente, los cloroplastos contienen sacos aplanados, unidos a la membrana, conocidos como tilacoides, que se organizan libremente en pilas. Estas pilas son donde ocurre la fotosíntesis, tanto en plantas verdes como en begonias azules. En el último, sin embargo, los tilacoides están dispuestos con mayor precisión, de modo que, de hecho, forman cristales fotónicos, una especie de nanoestructura que afecta el movimiento de los fotones.

"[Debajo del microscopio, los cloroplastos individuales en estas hojas reflejaban la luz azul brillantemente, casi como un espejo", dice el autor principal Matthew Jacobs, Ph.D. estudiante de biología de la Universidad de Bristol, en un comunicado sobre el descubrimiento.

"Mirando con más detalle mediante el uso de una técnica conocida como microscopía electrónica, encontramos una notable diferencia entre los cloroplastos 'azules' que se encuentran en las begonias, también conocidos como 'iridoplastos' debido a su brillante coloración azul iridiscente, y los que se encuentran en otras plantas "La estructura interna se había organizado en capas extremadamente uniformes de solo unos 100 nanómetros de grosor, o una milésima parte del ancho del cabello humano".

Esas capas son lo suficientemente pequeñas como para interferir con las ondas de luz azul, y dado que las hojas de begonia son azules, Jacobs y sus colegas biólogos sabían que debía haber una conexión. Así que se unieron con investigadores de fotónica de la Universidad de Bristol, quienes se dieron cuenta de que las estructuras naturales parecen cristales fotónicos artificiales utilizados en pequeños láseres y otros dispositivos que controlan el flujo de luz.

Con las mismas técnicas utilizadas para medir esos cristales artificiales, los investigadores comenzaron a arrojar luz sobre la versión de la begonia de pavo real. Sus iridoplastos reflejan toda la luz azul, haciéndolos parecer azules sin pigmento, similar a los animales azules iridiscentes como la mariposa morfo azul. El estudio encontró que también absorben más luz verde que los cloroplastos estándar, ofreciendo una pista sobre por qué las begonias se vuelven azules.

Luz de guía

Los densos toldos de la selva tropical obligan a las plantas más cortas a aprovechar al máximo la escasa luz solar. (Foto: THPStock / Shutterstock)

Las plantas verdes se ven verdes porque absorben principalmente otras longitudes de onda de luz, dejando que el verde se refleje en nuestros ojos, y hacia abajo a través de los huecos en el dosel. Entonces, mientras que un techo de árboles encierra mucha luz azul, el verde es menos escaso en los pisos del bosque. Y dado que los iridoplastos concentran la luz verde, pueden ayudar a las begonias a vivir en una sombra profunda al usar la luz disponible de manera más eficiente. Cuando los investigadores midieron las tasas de fotosíntesis en condiciones de poca luz, descubrieron que las begonias azules estaban cosechando entre un 5 y un 10 por ciento más de energía que los cloroplastos normales en las plantas verdes.

Esa no es una gran diferencia, pero en los bosques lluviosos difíciles, podría dar a las begonias el impulso que necesitan. Y aprender más sobre su follaje también podría beneficiar a la humanidad, agrega el comunicado de prensa de Bristol, que proporciona planos que podríamos usar "en otras plantas para mejorar el rendimiento de los cultivos, o en dispositivos artificiales para hacer mejores productos electrónicos".

Se necesitará más investigación para investigar beneficios potenciales como esos, dicen los autores del estudio, y para revelar cuán raro es realmente este fenómeno. El estudio descubrió que las begonias de pavo real contienen una mezcla de iridoplastos y cloroplastos normales, lo que sugiere que las estructuras azules "funcionan casi como un generador de respaldo", dice la coautora y bióloga de Bristol Heather Whitney a Popular Mechanics. Las plantas pueden usar cloroplastos tradicionales si hay suficiente luz, luego cambian cuando los niveles de luz bajan demasiado.

"Es maravilloso y lógico pensar que una planta ha desarrollado la capacidad de manipular físicamente la iluminación a su alrededor de diferentes maneras", dice.

Incluso si esto es generalizado, destaca un punto importante sobre las personas y las plantas. El reino vegetal está lleno de adaptaciones sorprendentes que pueden ayudar a los humanos, desde medicamentos que salvan vidas hasta cristales que doblan la luz, pero tienden a crecer en los bosques, ecosistemas que enfrentan una presión creciente a nivel mundial por la tala y la agricultura.

Las begonias azules pueden estar a salvo, pero son solo un indicio de los tesoros escondidos en lo que queda de los antiguos bosques de la Tierra. Como Whitney le dice al Washington Post, vivir en un ecosistema competitivo empuja a las plantas a evolucionar o perecer. "Probablemente tienen muchos trucos que aún no conocemos", dice, "porque así es como sobreviven".

(Fotos de begonia de pavo real cortesía de Matthew Jacobs / Universidad de Bristol)

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