Animaciones en 3D para comprender la anatomía vegetal

¿Cómo se mueve el agua por el interior de un árbol? Gracias a los estudios de investigadores del CREAF esta pregunta tiene respuesta. Imágenes en 3D que permiten reconstruir el interior de ramas y troncos de árboles, y posteriormente profundizar en cómo se transportan el agua y los nutrientes.

Investigadores del CREAF han usado la técnica de TAC (Tomografía Axial Computeritzada, o TC) y su versión diminuta (micro-CT) para conocer cómo se mueve el agua por el interior de los árboles. Las imágenes generadas permiten reconstruir en 3D el interior de ramas y troncos de árboles y, con estudios posteriores, profundizar en el transporte de agua y nutrientes. Las animaciones, presentadas recientemente en un congreso en Berlín, suponen un avance en la prevención de los efectos perjudiciales de la falta de agua. Fenómeno en aumento constante, por ejemplo en el bosque mediterráneo, como consecuencia del cambio climático.

El bosque mediterráneo será uno de los más perjudicados por el calentamiento global. Con la subida de temperaturas se espera que en los próximos años vaya aumentando también la sequía de esta zona. Las especies vegetales deberán someterse a faltas de agua inusuales y en los casos más dramáticos no podrán adaptarse al nuevo clima.

El interior de un árbol, entre muchas otras estructuras, está formado por vasos conductores. En condiciones normales, por los vasos viaja una columna de agua que conecta desde las raíces hasta las hojas y que distribuye los recursos hídricos por todo el organismo. No obstante, cuando hay sequía, las plantas tienen una demanda de agua mucho mayor de la que el suelo puede ofrecer. Esto genera tensiones elevadas en los conductos, que pueden romper la columna de agua y provocar lo que se conoce como una embolia vegetal. Al igual que en los humanos, una embolia significa un bloqueo en un punto del sistema circulatorio. En la mayoría de los casos, las consecuencias para los árboles suelen ser menos peligrosas que para las personas gracias a la gran cantidad de vasos conductores que éstos tienen, aunque evidentemente dificultan su correcto funcionamiento.

"Si comprendemos mejor cómo le afecta a un árbol que sus vasos no reciban suficiente agua, podremos diagnosticar su respuesta a la sequía", explica Elisabeth.

¿Cómo reducir la probabilidad de que el árbol sufra embolias? En este punto se encuentran Elisabeth M. R. Robert, investigadora Marie Curie en el CREAF y Jordi Martínez Vilalta, investigador del CREAF y profesor de la Universidad Autónoma de Barcelona. Su proyecto PHLOEMAP intenta describir detalladamente cómo funcionan los órganos encargados del transporte de agua (los vasos conductores, entre otros) y azúcares, cómo reaccionan ante la falta de agua y la repercusión que tiene la sequía a nivel global del bosque. Según ella, con esta información podremos extrapolar lo que le pasa a un árbol individual que pasa sed hasta lo que sucede en el bosque entero cuando se seca.

Las herramientas clave en este experimento han sido dos escáneres: uno para objetos muy pequeños que utiliza un método muy similar a los escáneres de los hospitales, y el otro que es exactamente el mismo que podemos encontrar en los centros hospitalarios para el diagnóstico de tumores.

Hasta hace poco para deducir la estructura interna de, por ejemplo, una rama, se tenían que hacer decenas de miles de cortes finísimos y observarlos al microscopio. Desafortunadamente, este proceso era muy tedioso y los resultados no proporcionaban tanta información como de la que ahora se dispone. Con esta nueva técnica, la Dra. Elisabeth M. R. Robert ha generado imágenes en 3D que permiten tener una visión completa del interior de la muestra.

Las animaciones obtenidas se han presentado ya en algunos eventos, como la rueda de prensa europea Shaping future montes - understanding tree responses to extreme climate events de Berlín, el pasado mes de abril. Durante la presentación de los vídeos, las caras de los investigadores —y público en general— se resumen en una palabra: sorpresa. Habituados a la imagen en un solo plano, ahora pueden aplicar sus conocimientos en un mundo tridimensional. "Elegí dos especies que crecen en los manglares (Avicennia marina y Sonneratia alba), porque tienen una estructura interna que les permite tolerar las grandes cantidades de sal de su ecosistema", explica la investigadora del CREAF.

Elisabeth conoció a Jordi Martínez-Vilalta en una conferencia y hablaron sobre los proyectos relacionados con la sequía: "Yo ya estudiaba cómo afecta la falta de agua en las plantas, pero en ese caso por exceso de salinidad. Entonces Jordi me propuso profundizar en la anatomía vegetal y conocer un nuevo caso de falta de agua: la sequía del bosque mediterráneo ". Elisabeth añade que "no pensaba que podría venir al CREAF con una beca Marie Curie de la UE. Mi propuesta era una entre 7.000". Además, confiesa que el éxito vino gracias al entusiasmo que le suscitaba el tema: "El proyecto me apasionaba. No me centré en conseguir la beca, sino que plasmé mi interés en poder indagar más en el caso".

Este camino la llevó a obtener las animaciones en 3D que le permitirían cumplir sus objetivos: conocer los efectos de la falta de agua en árboles. Pero muchas investigaciones pueden derivar de la anatomía vegetal. En una de las animaciones, aparecen diferentes conductos encargados de transportar el agua y los minerales absorbidos del suelo y repartirla por todo el organismo. Así, de una pequeña animación podría generarse todo un estudio del transporte a los diferentes conductos. En el otro vídeo, se puede apreciar la estructura interna de una rama y, además, aparecen sorpresas como un túnel de insectos. No debemos olvidar que al fin y al cabo estamos explorando en el interior de una rama.