Los hongos micorrízicos y el “internet de las plantas”
Hasta hace algunas décadas, la diversidad y función de los hongos en la naturaleza era desconocida para la mayoría de las personas. Actualmente, en plena era del internet de las cosas, en todo el mundo las y los científicos de los hongos, a quienes se les conoce como micólogos(as), han trabajado incansablemente para estudiarlos, descubrir los maravillosos secretos que albergan y divulgarlos. Curiosamente, aunque por mucho tiempo se consideraron plantas, hoy en día sabemos que los hongos no lo son, primordialmente porque no realizan fotosíntesis.
Por el contrario, a diferencia de las plantas, los hongos obtienen su energía para desarrollarse mediante otras estrategias muy diversas. Prácticamente en todos los ecosistemas del planeta, los hongos han evolucionado incesantemente para desarrollar estrategias ingeniosas para alimentarse y establecer sus propios sellos de identidad biológica y dominios funcionales específicos (Van der Heijden et al., 2015); es decir, los hongos han establecido un reino distinto al de las plantas, pero igual de complejo, diverso e interesante (figura 1).
Figura 1. Árbol simplificado de la diversidad de la vida en la Tierra, donde los superhongos nos presumen su protagonismo en la historia evolutiva y su presencia en múltiples productos que les gustan mucho a los humanos.
Por un lado, la diversidad de hongos tiene un rol clave en múltiples aplicaciones biotecnológicas en beneficio del desarrollo sostenible de la humanidad (figura 1). Podemos considerarlos como nuestros aliados incansables porque desde siempre nos han ayudado a hacer que el sabroso pan se esponje y esté blando, que la cerveza y el vino estén espumosos y produzcan su alcohol característico y que los antibióticos nos defiendan de las bacterias. Por si no fuera suficiente, los hongos también son productores de otras múltiples moléculas especiales, útiles para ayudar a tratar muchas enfermedades graves y no graves (figura 1).
Sorpresivamente, la diversidad funcional de los hongos también constituye el motor principal que impulsa múltiples procesos naturales que ocurren en los diferentes ecosistemas (figura 1). Por todas esas razones, cada vez se vuelve más atractivo para propios y extraños el conocer cómo viven y qué hacen los hongos. Si te adentras en la historia de vida de los hongos, descubrirás que, aunque a los hongos se les considera parientes más cercanos a los animales por compartir ciertas características, ellos son poseedores de rasgos biológicos que los hacen ser y comportarse como organismos únicos (figura 1). Al ser un grupo diverso y muy versátil, son capaces de desarrollar múltiples formas, tamaños, colores y, sobre todo, funciones muy especializadas en sus hábitats; por ejemplo, hay unos hongos buenos que son degradadores y recicladores de materia orgánica y nutrientes minerales; otros, en cambio, son patógenos de otros organismos, a los que causan enfermedades o la muerte (Van der Heijden et al., 2015).
Figura 2. Ejemplo de cómo funciona en términos generales la red miceliar de comunicación planta-planta a través de las hifas de los hongos simbióticos o micorrízicos (líneas rojas: micelio fúngico; esferas cafés: esporas de los hongos micorrízicos. Adaptada de Bücking et al. (2016).
Algo igual de extraordinario es que entre plantas y hongos existe una intrigante y compleja historia de comunicación ancestral. Es decir, existen unos hongos buenos y muy especiales que se denominan hongos micorrízicos, los cuales se asocian con las raíces de las plantas (viven en simbiosis), ayudándolas a resistir enfermedades o condiciones estresantes mediante mecanismos de intercambio de recursos, los cuales, en última instancia, les ayudan a desarrollarse y sobrevivir (figura 2). Pero ¿cómo está eso del “internet de las plantas” y cómo nos beneficia o afecta?
Sin duda alguna la estrecha relación de los hongos micorrízicos con las plantas sostiene una parte vital de nuestro planeta; sin embargo, podemos afirmar que dicha relación se ve amenazada por los múltiples impactos humanos a los ecosistemas (naturales y agrícolas). Del mismo modo que decimos que el impresionante progreso humano alcanzado hasta el momento se explica y depende del avance tecnológico progresivo, de los algoritmos, la inteligencia artificial y del internet (e.g. teléfonos, computadoras, máquinas, vehículos, etc.), se podría decir que ese progreso hipertecnológico futuro de la humanidad, así como la salud y sostenibilidad de todos los ecosistemas (incluyendo los campos agrícolas de donde provienen todos nuestros alimentos), dependerá significativamente de las acciones humanas en favor de la conservación de los hongos micorrízicos y los servicios ambientales multifuncionales que ellos proporcionan.
Son muy conocidas las ventajas de contar con conexión a la red global del internet por la cantidad y calidad de información que nos puede llegar a través de esta (a esta nota de divulgación científica estás accediendo de esa manera). Pues bien, los muchos hongos micorrízicos que viven en el suelo se asocian y comunican positivamente con las raíces de las plantas, extendiendo sus micelios hacia las profundidades subterráneas para absorber, almacenar, transportar e intercambiar recursos vitales para la vida común. A este mecanismo muchos científicos prefieren llamarle “redes comunes micorrízicas”, aunque también se le ha denominado popularmente como el “internet subterráneo de las plantas”, debido a que estos hongos simbióticos forman complejas y eficientes redes conectivas subterráneas para el transito eficiente de recursos, permitiendo el establecimiento, desarrollo y sobrevivencia de las plantas (Bücking et al., 2016).
En realidad, la ciencia sigue estudiando y debatiendo sobre la funcionalidad de las conexiones de estos hongos simbióticos especiales. Lo cierto es que dichas redes comunes micorrízicas están formadas por múltiples y muy diminutas tuberías llamadas “hifas”, que en conjunto forman el micelio de los hongos, el cual se ramifica mucho y se entrelaza con las raíces de una o más plantas, de la misma o diferentes especies, al mismo tiempo. Estas conexiones fúngicas subterráneas tienen múltiples beneficios para la salud de las plantas, de la biodiversidad del suelo y, consecuentemente, figura 2, impacta de múltiples formas al desempeño del ecosistema (Bücking et al., 2016). Las redes comunes micorrízicas ocurren entre las raíces de la mayoría de las plantas y los hongos simbióticos del planeta. Existen varios tipos y su nombre está en función de cómo se entrelazan para que ocurra la comunicación y el intercambio. Las dos principales son las micorrízas arbusculares y las ectomicorrízas, cada una muy especializada y con funciones específicas.
Entre las funciones primordiales que realizan todos los hongos micorrízicos, está el participar en el intercambio de carbono por nutrientes (e.g. fósforo y nitrógeno y algunos microelementos). Pero aún hay más: ese intercambio de señales bioquímicas resulta ser el centro de la conexión entre las plantas y los hongos simbióticos. Es decir, a través de la red de hifas micorrízicas viajan señales bioquímicas que alertan a las plantas sobre posibles amenazas o cambios en el entorno, o bien, estimulan su crecimiento (figura 2). Song et al. (2015) realizaron un cultivo de plantas de tomate (Solanum lycopersicum) inoculadas con un hongo micorrízico (Funneliformis mosseae) para probar la inducción de resistencia de las plantas a la infección de un hongo fitopatógeno Alternaria solani. Observaron que cuando se inoculó el hongo fitopatógenoen aquellas plantas que contenían los hongos micorrízicos, su respuesta defensiva fue mejor.
La inducción de resistencia a patógenos es otro fenómeno intrigante que puede ocurrir durante la interacción entre plantas y hongos simbióticos. ¡Interesante, verdad! Bücking et al. (2016) menciona que la disminución en el intercambio micorrízico de recursos hacia una planta que está bajo el estrés por causa de un patógeno puede desencadenar una respuesta de señalización (una especie de señal de alerta bioquímica) que viaja a través del “internet de las plantas” (los hongos micorrízicos), promoviendo una respuesta defensiva y la liberación de compuestos orgánicos volátiles en otras plantas sanas (figura 2). Aunque aún son desconocidos muchos de los mecanismos y moléculas involucradas, en última instancia la comunicación e intercambio bioquímico subterráneo a través de redes comunes micorrízicas ocurre y podría promover múltiples cambios funcionales en las plantas.
¿Qué relevancia tiene entonces estudiar las redes de hongos simbióticos del suelo, o si prefieres, el internet de las plantas? Los hongos micorrízicos no solamente ayudan a las plantas a defenderse de otros organismos, sino que también las ayudan a enfrentar otros desafíos ambientales ,como pueden ser la sequía o la salinidad, entre otros. Ello tiene múltiples beneficios indirectos para la humanidad, ya que las redes comunes micorrízicas son omnipresentes y, sobre todo, tienen implicaciones prácticas para la agricultura del futuro (figuras 1 y 2). Sin embargo, los desafíos son importantes ante un clima más cálido y ante los múltiples impactos antropogénicos negativos hacia los ecosistemas (naturales o agrícolas). Actualmente se exploran métodos para mejorar el manejo de los suelos de todo el mundo, a través de la protección y conservación de la biodiversidad de hongos simbióticos nativos (junto con otros organismos del suelo), para de esta manera impulsar la producción sostenible de alimentos en el corto y largo plazo (Le Provost et al., 2023).
En ese sentido, en el Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD) se realizan algunos estudios ecofisiológicos relacionados con hongos micorrizicos nativos y su relación con plantas emblemáticas del paisaje sonorense, como son el chiltepín (Capsicum annuum var. glabriusculum) y el agave (Agave angustifolia). Estas plantas nativas han coevolucionado con las redes comunes micorrízicas para adaptarse a las condiciones áridas y semiáridas de la región. Cada vez que veas la hermosa diversidad de plantas del desierto sonorense, recuerda que en el suelo nativo viven valiosos aliados: los hongos micorrízicos.
Referencias
Bücking, H., Mensah, J. A. y Fellbaum, C. R. (2016). Common mycorrhizal networks and their effect on the bargaining power of the fungal partner in the arbuscular mycorrhizal symbiosis. Communicative & Integrative Biology, 9(1), e1107684.
Song, Y., Chen, D., Lu, K., Sun, Z. y Zeng, R. (2015). Enhanced tomato disease resistance primed by arbuscular mycorrhizal fungus. Frontiers in Plant Science, 6, 786.
Le Provost, G., Schenk, N.V., Penone, C., Thiele. J. et al. (2023). The supply of multiple ecosystem services requires biodiversity across spatial scales. Nature Ecology & Evolution, 7: 236-249.
Van der Heijden, M. G. A., Martin, F. M., Selosse, M. A., Sanders, I. R. (2015). Mycorrhizal ecology and evolution: the past, the present, and the future. New Phytol, vol. 205, Issue 4, pp. 1406-1423.
Autores: Aldo Gutiérrez Saldaña, Alberto Jiménez y Martín Esqueda Valle, académicos del Laboratorio de Biotecnología de Hongos y Plantas de la Coordinación de Tecnología de Alimentos de Origen Vegetal del CIAD.
