Sobrevivir en el desierto: ¿cómo se adaptan los cactus a la falta de agua?

Por Carlos Pedrós-Alió y Mar Gulis (CSIC)*

Si hay una planta emblemática del desierto, esa es el cactus. Es difícil imaginar una película del Oeste sin un saguaro o dos (Carnegiea gigantea), pero ¿cómo se las arreglan las especies de esta familia para soportar unas condiciones de aridez tan extremas? Pues básicamente recurriendo a dos estrategias: hacer todo lo posible por no perder agua y esforzarse al máximo por obtenerla.

Para entender cómo los cactus consiguen retener agua hay que tener en cuenta que en un ambiente húmedo una planta está constantemente transpirando. El agua es absorbida por las raíces, sube hacia las hojas como parte de la savia y allí se evapora a través de los estomas. Estas estructuras de la hoja tienen que abrirse para aspirar CO2 y espirar O2, los gases que intervienen en la fotosíntesis. De esa forma, en condiciones normales, una planta pierde el 75% del agua que absorben sus raíces, algo que no tiene ninguna trascendencia en un bosque lluvioso tropical, pero que resulta imposible en un desierto.

Plantas que transpiran solo de noche

Esto ha hecho que los cactus conviertan sus hojas, por donde principalmente pierden agua las plantas, en espinas. No obstante, como sabemos, las hojas hacen la fotosíntesis, y una planta necesita este proceso para vivir. Por eso los cactus han transferido el proceso fotosintético a los tallos. Además, para evitar que se escape el vapor de agua, los cactus cierran los estomas durante el día y solamente los abren durante la noche, cuando la temperatura es baja y no va a haber tanta evaporación.

Sin embargo, durante la noche no hay luz. ¿Cómo compaginar la apertura de estomas con la fotosíntesis, que requiere la energía solar? Los cactus han resuelto el problema separando los dos procesos: durante la noche abren los estomas y absorben el CO2; durante el día cierran los estomas y aprovechan la energía de la luz para hacer la fotosíntesis. Con el fin de conservar el CO2 hasta que llegue la luz del día, los cactus y otras muchas plantas crasas han desarrollado un tipo de metabolismo que les permite almacenarlo en vacuolas por la noche y transportarlo a los cloroplastos cuando sale el sol. De este modo, hacen un uso del agua mucho más eficiente.

Cera impermeabilizante, tallos inclinados y segunda piel de espinas

Aquí no se acaban los recursos que tienen los cactus para no perder agua. Otro de ellos es recubrir su tallo de una cutícula de cera que lo impermeabiliza todavía más y que, al ser de color claro, refleja la radiación solar. Esto contribuye a reducir la temperatura de la planta y, por tanto, la evaporación.

El ecólogo Harold A. Mooney y sus colaboradores estudiaron este fenómeno en Copiapoa gigantea, un cactus que se encuentra en el desierto de Atacama. Insertando sensores de temperatura en el tallo, comprobaron que la temperatura debajo de tejidos cubiertos con cera era de 0,5 a 2 grados menor que bajo las zonas en las que se había perdido esa cubierta.

‘Copiapoa gigantea’ inclinada al norte en el desierto de Atacama. / Carlos Pedrós-Alió

Otro mecanismo observado por Mooney fue que la mayoría de los tallos estaban inclinados hacia el norte, de modo que la radiación solar solamente incidía perpendicularmente sobre la cima del tallo, pero no sobre los lados. Así, estos cactus minimizaban la radiación que les llegaba y esto contribuía a que no se calentaran tanto. Como en el ápice se encuentra el tejido de un cactus capaz de crecer y de producir flores, el ecólogo norteamericano especuló que su elevada temperatura ayudaría a que los procesos de crecimiento, floración y fructificación fueran más rápidos. A mayor temperatura, mayor actividad biológica.

Además, las espinas de los cactus forman una segunda piel unos milímetros más allá del tallo. Esta piel refleja una parte de la radiación solar y crea una capa de aire parcialmente aislante alrededor del tallo que reduce la temperatura y la evaporación en su superficie. La arquitectura del siglo XXI también ha descubierto este mecanismo y muchos de los edificios actuales tienen una segunda piel de vidrio separada de la cortina de cristal principal. El aire entre las dos superficies de cristal se calienta, sube y crea así corrientes que contribuyen a refrigerar el edificio.

Sección transversal de un cactus del género ‘Cereus’. Espinas y pelos surgen de las areolas, en las que se interrumpe la dermis y la cutícula que la protege. En el interior, de fuera hacia dentro, encontramos el clorénquima, donde se realiza la fotosíntesis; el hidrénquima, que es el tejido que puede acumular agua; el sistema vascular, que transporta la savia y los nutrientes de una parte a otra de la planta; y el parénquima medular. / Wikipedia

Capacidad para condensar agua

Todos estos mecanismos hacen que un cactus pierda poca agua. Pero, ¿cómo se las ingenia para conseguirla? La estrategia de algunas especies estudiadas por el propio Mooney es tener en sus espinas ranuras que hacen que las gotas de agua se deslicen hacia el tallo. En su recorrido por la espina, las gotas se encuentran con una serie de pelos que quedan empapados y hacen que el agua se escurra hasta el suelo, donde pueden absorberla las raíces.

Esta capacidad para condensar agua a partir de la niebla tiene un potencial de aplicaciones enorme. Si se lograran reproducir las propiedades de los cactus, podrían instalarse sistemas artificiales para atrapar las nieblas en muchos lugares áridos de la Tierra. De hecho, en los últimos años este tema ha recibido una gran atención. Estudiando la estructura microscópica de las espinas y los tricomas –apéndices finos– de un cactus mexicano, Opuntia microdasys, investigadores del Laboratorio Nacional de Pekín para Estudios Moleculares descubrieron que las gotas de agua siempre se deslizaban hacia el tallo, incluso cuando la espina se colocaba cabeza abajo y las gotas tenían que desafiar a la gravedad. Este fenómeno era posible gracias a la forma cónica de las espinas y sus ranuras longitudinales, más gruesas cuanto más cerca están del tallo.

Más recientemente, un grupo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (Corea del Sur) ha demostrado que las espinas de este mismo cactus condensan el vapor de agua en pequeñas gotas, que luego se depositan sobre los tricomas. Estos tricomas son hidrofóbicos, de modo que la gota reposa sobre ellos sin mojarlos mientras se va evaporando poco a poco. Cuando el tamaño de la gota es el adecuado, es absorbida en microsegundos por la zona hidrofílica que hay por debajo de los tricomas.

Microscopía óptica de la recolección de gotas de agua por las espinas del cactus orientadas de distintas maneras. Las gotas se desplazan hacia la base de la espina incluso en contra de la gravedad. / Ju et al. (2012) y Springer Nature

Por otra parte, algunos cactus tienen un sistema radicular capaz de absorber mucha agua cuando llueve. Por ejemplo, se ha estimado que un saguaro puede llegar a recoger 760 litros después de una tormenta. Para que esto sea posible, el cactus tiene que ser capaz de almacenar el agua. Y esto es justamente lo que permite la estructura en acordeón del tallo: los cactus tienen costillas gracias a las cuales pueden aumentar su volumen cuando hay agua disponible y disminuirlo a medida que la van perdiendo.

En resumen, que un cactus puede ser perfectamente feliz en el desierto.

* Carlos Pedrós-Alió es investigador del CSIC en el Centro Nacional de Biotecnología y autor de los libros de divulgación La vida al límite y Las plantas de Atacama (CSIC-Catarata), del que ha sido adaptado este texto.

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