La Amorphophallus titanum, más conocida como flor cadáver, es célebre por dos características extraordinarias: su gigantesca inflorescencia y su penetrante olor a carne podrida. Esta planta, originaria de las selvas tropicales de Sumatra y considerada la flor más fea del mundo, posee la inflorescencia sin ramificar más grande del mundo. Tal es su magnitud que alcanza alturas de hasta tres metros. Sin embargo, su floración es un evento raro, de muy poca periodicidad, pues solo ocurre cada cinco a siete años y dura apenas unos días. Poco frecuente y efímero. Durante este corto período, la planta muestra un fenómeno notable: es capaz de generar calor, una propiedad denominada termogénesis, que le ayuda a dispersar su olor característico y atraer a polinizadores como moscas y escarabajos carroñeros.
Un reciente estudio publicado en PNAS Nexus ha revelado detalles moleculares fascinantes detrás de estas capacidades únicas de la flor cadáver. A través de análisis transcriptómicos y metabólicos, los investigadores han identificado los genes y metabolitos clave involucrados en la termogénesis y la producción de compuestos volátiles de azufre. Estos descubrimientos proporcionan una comprensión profunda de cómo la planta imita características animales para facilitar la polinización, desvelando mecanismos complejos que integran la producción de calor y olores de forma coordinada.
Termogénesis: La ciencia del calor en plantas
La capacidad de generar calor, o termogénesis, es una característica rara en plantas, limitada a unas pocas especies de la familia Araceae. En el caso de la flor cadáver, el calor se produce específicamente en el espádice, una estructura central dentro de la inflorescencia. Durante el pico de floración, la temperatura del espádice puede aumentar hasta 11 °C por encima de la temperatura ambiente, algo que facilita la evaporación de compuestos volátiles que forman su aroma característico.
“Algunas plantas aroideas producen más calor (en watts por gramo de peso) que una rata de 125 gramos o un colibrí en vuelo”, comenta Eduardo Bazo, biólogo experto en botánica. “Y todo empezó en la primavera de 1972, cuando George Bartholomew (autoridad en fisiología animal) invitó a unos alumnos y colaboradores de la UCLA a una comida se fraternidad. Daniel K. Odell vio una flor extraña de forma faloide, la arrancó y se la entregó a sus compañeros.
Ahí fue cuando se dieron cuenta él y Kenneth Nagy de que estaba caliente”.
Bazo afirma que hay más plantas calientes, como Symplocarpus foetidus (col fétida) o Nelumbo nucifera (loto). “La flor de loto está entre 30 y 37 grados Celsius. La col fétida puede alcanzar los 22 grados estando en un ambiente con temperaturas entre los 10 y los 15 bajos cero”.
El reciente estudio ha demostrado que la termogénesis está asociada con la expresión elevada de genes que participan en el transporte de electrones mitocondrial. En lugar de seguir la vía convencional para la producción de ATP, estos genes activan pasos alternativos, utilizando proteínas como las oxidasa alternativa (AOX) y las proteínas desacoplantes (UCP). Este mecanismo desvía la energía de la síntesis de ATP hacia la producción de calor, un proceso similar al que ocurre en el tejido adiposo pardo de los mamíferos. Así, la planta emplea un sistema sofisticado para generar calor, lo que no solo ayuda a volatilizar los compuestos de olor, sino que también contribuye a la atracción eficiente de los polinizadores.
El olor a descomposición: La química detrás del hedor
El característico olor a carne podrida de la flor cadáver es el resultado de la producción de compuestos volátiles de azufre, como el dimetil disulfuro (DMDS) y el dimetil trisulfuro (DMTS). Estos compuestos son similares a los que se encuentran en los cuerpos en descomposición y son cruciales para atraer a los insectos carroñeros que actúan como polinizadores. El estudio ha revelado que la producción de estos compuestos está vinculada al metabolismo del aminoácido metionina.
Durante el pico de termogénesis, los niveles de metionina libre en el espádice se incrementan significativamente. El análisis del transcriptoma identificó una expresión elevada de genes como la metionina gamma-liasa, que facilita la conversión de metionina en metanotiol, un precursor directo de DMDS y DMTS. Estos compuestos, una vez liberados, se evaporan gracias al calor generado por la termogénesis, creando un fuerte olor a descomposición que atrae a los polinizadores al entorno de la planta.
El papel de la putrescina en el aroma de la flor
Además de los compuestos de azufre, el estudio identificó un componente en el perfil de olor de la flor cadáver: la putrescina, una amina volátil conocida por su aroma a pescado en descomposición. La putrescina es un derivado del aminoácido arginina, y su presencia en la flor cadáver no había sido documentada previamente. Los análisis mostraron que los niveles de putrescina son particularmente altos en el margen de la espata, una estructura similar a una hoja que rodea el espádice.
Lo que aporta este nuevo estudio es una confirmación detallada y un análisis más exhaustivo del origen molecular y metabólico de la putrescina en la flor cadáver, pues la identificación de la putrescina como un componente del olor de la flor cadáver no es algo completamente novedoso. El equipo de investigación utilizó transcriptómica y análisis de metabolitos para vincular la producción de putrescina con la expresión de genes específicos involucrados en el metabolismo del aminoácido arginina. Así, aunque la presencia de putrescina no es nueva, la novedad radica en la evidencia genética y bioquímica presentada, que desentraña su proceso de síntesis y su regulación durante el pico de termogénesis.
Durante el proceso de termogénesis, la concentración de putrescina disminuye rápidamente, lo que sugiere que se está utilizando activamente en la producción de volátiles. La detección de esta amina ofrece nuevas perspectivas sobre la compleja mezcla de olores que produce la flor cadáver, ampliando nuestra comprensión sobre cómo esta planta emplea diferentes compuestos químicos para maximizar su atractivo para los polinizadores específicos.
Integración de los mecanismos moleculares: Termogénesis y producción de olores
El estudio ha desvelado una sofisticada coordinación entre la producción de calor y la síntesis de volátiles en la flor cadáver. Los análisis de expresión genética mostraron que los genes asociados con el metabolismo de azúcares, el transporte de azufre y la producción de compuestos volátiles se activan simultáneamente durante el pico de floración. Esto permite a la planta movilizar rápidamente sus reservas de nutrientes y dirigirlas hacia la producción de calor y olores, optimizando así el proceso de atracción de polinizadores.
Una parte fundamental de este proceso es la acumulación de almidón y azúcares en el cormo (tubérculo subterráneo) de la planta durante su fase vegetativa. Estos compuestos se transfieren al espádice durante la floración, donde se convierten en glucosa y otros metabolitos que alimentan el ciclo de la termogénesis. De esta forma, la planta utiliza sus recursos de manera estratégica para maximizar la eficiencia del proceso de polinización.
El espécimen Morphy: Un gigante único en el estudio
El ejemplar conocido como “Morphy”, un espécimen cultivado en el invernadero del Dartmouth College, ha sido fundamental para desentrañar los secretos moleculares de la flor cadáver. Morphy, con sus impresionantes tres metros de altura durante la floración, ha sido objeto de estudio durante varios años debido a su singularidad y la rareza de su floración. La flor cadáver florece solo una vez cada cinco a siete años, lo que hace que cada evento de floración sea una oportunidad única para los científicos, casi una fiesta. En este estudio, los investigadores aprovecharon dos floraciones de Morphy, la primera en 2016 y la más reciente en 2022, para recolectar muestras de tejido y realizar análisis exhaustivos del transcriptoma y los metabolitos.
La floración de Morphy permitió a los investigadores realizar un seguimiento detallado de los cambios genéticos y metabólicos durante el pico de termogénesis, el momento en que el espádice de la planta emite calor y libera compuestos volátiles que imitan el olor a descomposición. Gracias a los datos obtenidos de Morphy, se identificaron miles de genes diferencialmente expresados, incluyendo aquellos involucrados en el metabolismo de azúcares y aminoácidos como la metionina y la arginina, precursores clave de los compuestos olorosos. La información recolectada de Morphy ha sido crucial para construir un modelo detallado de cómo la flor cadáver genera su característico hedor, proporcionando una nueva comprensión de los complejos procesos que permiten a esta planta atraer a sus polinizadores especializados.
Referencias
- Zulfiqar, A., Azhar, B.J., Shakeel, S.N., Santos, W.T., Barry, T.D., Ozimek, D., DeLong, K., Angelovici, R., Greenham, K.M., Schenck, C.A., & Schaller, G.E. (2024). Molecular basis for thermogenesis and volatile production in the titan arum. PNAS Nexus. https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae492
Cortesía de Muy Interesante
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