La conquista del medio acuático por las plantas con flores y frutos

Las plantas "terrestres" (Embryophyta) -incluyendo angiospermas, gimnospermas, briofitos, licopodios y helechos-, evolucionaron a partir de un único linaje que se adaptó a la vida en hábitats terrestres hace aproximadamente 450 millones de años. Este acontecimiento requirió importantes cambios en la anatomía, fisiología y biología reproductiva de estos organismos, y dio lugar a la radiación más exitosa de todos los organismos fotosintéticos registrados: unas 329.000 especies de plantas terrestres frente a unas 44.000 algas.

Por el contrario, el cambio inverso -la adaptación a estilos de vida acuáticos por parte de plantas terrestres-, es una transición evolutiva frecuente, que se ha producido en numerosos linajes a lo largo del árbol de la vida de las plantas, y especialmente entre las plantas con flores y frutos (angiospermas). Sin embargo, hasta el momento, no sabemos cuándo se produjo la primera entrada en ambientes acuáticos, ni cuantas transiciones ha habido a lo largo de los millones de años de historia evolutiva de las angiospermas.

Por otro lado, las angiospermas acuáticas muestran unos niveles de diversidad morfológica, reproductiva, fisiológica, bioquímica y ecológica extraordinarios, habiéndose adaptado a una gran variedad de hábitats, como el océano, el agua dulce o la salobre.

Dadas estas circunstancias, uno de los enigmas evolutivos que quedan por comprender es los bajos niveles de biodiversidad observados en los linajes acuáticos en comparación con sus parientes terrestres.

El por qué de tan pocas especies y géneros de plantas acuáticas

En la actualidad, se estima que el número de especies y géneros considerados acuáticos representan un pequeño porcentaje de la biodiversidad total de las angiospermas (aproximadamente un 1-2%). Entender cómo se ha formado, y porqué hay tan pocas especies y géneros de plantas acuáticas, es de vital importancia para entender los procesos que han modelado la biodiversidad actual.

En un estudio llevado a cabo por investigadoras del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Real Jardín Botánico (RJB) de Madrid, en colaboración con la Universidad British Columbia de Vancouver (Canadá), publicado en la revista New Phytologist, han buscado responder a estas preguntas, utilizando datos globales de biodiversidad de angiospermas, información sobre sus relaciones de parentesco, y complejos modelos estadísticos.

“Primero, reconstruimos la historia evolutiva de este grupo de plantas, demostrando que el hábitat ancestral era muy probablemente terrestre, desde donde se produjeron las primeras colonizaciones del medio acuático hace aproximadamente 130 millones de años. Desde ese punto hasta el presente, estimamos que ha habido hasta 97 transiciones de plantas terrestres que conquistaron el medio acuático”, concreta la investigadora del RJB-CSIC Andrea Sánchez Meseguer.

Numerosos linajes acuáticos reconquistaron el medio terrestre 

Sin embargo, es más probable que el número real de transiciones sea mayor, ya que muchas de ellas estarían enmascaradas por la extinción de numerosos linajes durante ese largo periodo de tiempo y, por tanto, no pueden ser reconstruidas.

“Sorprendentemente, y contrario a nuestra hipótesis inicial, encontramos que una vez adaptadas al medio acuático, numerosos linajes volvieron a conquistar el medio terrestre. De hecho, el número de transiciones del medio acuático al terrestre es mayor que en dirección contraria. Asimismo, encontramos que las plantas adaptadas a medios acuáticos muestran unas tasas de diversificación inferiores a las plantas terrestres con las que están emparentadas”, indica Isabel Sanmartín, investigadora del RJB-CSIC.

Estos resultados se explican, tal y como indica, Andrea Sánchez Meseguer por el hecho que “los hábitats acuáticos representan entornos más estresantes para las plantas que los terrestres. A pesar de no tener los extremos ambientales de los hábitats terrestres (p. ej. temperaturas bajo cero), el medio acuático se caracteriza por un suministro limitado de nutrientes, una baja disponibilidad de carbono y, a veces, estrés osmótico, todo lo cual puede limitar la fotosíntesis y el crecimiento de una planta. Además, presentan condiciones más pobres para la producción de semillas, la germinación y el establecimiento de las plántulas”.

“En resumen”, añade Isabel Sanmartín, “nuestra investigación, aunque limitada por el número de especies incluidas, confirma que el bajo número de linajes de angiospermas que encontramos hoy en día en los medios acuáticos no puede explicarse por la tasa de transición entre el medio acuático y terrestre, si no por la baja tasa de especiación y alta tasa de extinción en linajes acuáticos”.