Estrés abiótico
El estrés abiótico es el impacto negativo de los factores no vivos en los organismos vivos en un entorno específico. La variable no viva debe influir en el entorno más allá de su rango normal de variación para afectar negativamente el rendimiento de la población o la fisiología individual del organismo de manera significativa.
Mientras que un estrés biótico incluiría perturbaciones vivas como hongos o insectos dañinos, los factores de estrés abiótico o estresores son factores naturales, a menudo intangibles e inanimados, como la luz solar intensa, la temperatura o el viento que pueden causar daño a las plantas y animales en el medio ambiente.
Área afectada El estrés abiótico es esencialmente inevitable. El estrés abiótico afecta a los animales, pero las plantas dependen especialmente, si no dependen únicamente, de factores ambientales, por lo que es particularmente limitante. El estrés abiótico es el factor más dañino en relación con el crecimiento y la productividad de los cultivos en todo el mundo.
La investigación también ha demostrado que los estresores abióticos son más dañinos cuando ocurren juntos, en combinaciones de factores de estrés abiótico.
Ejemplos
El estrés abiótico viene en muchas formas. Los factores estresantes más comunes son los más fáciles de identificar para las personas, pero hay muchos otros factores de estrés abiótico menos reconocibles que afectan los entornos constantemente.
Los estresores más básicos incluyen:
Fuertes vientos
Temperaturas extremas
Sequía
Inundación
Otros desastres naturales, como tornados e incendios forestales.
Frío
Calor
Los estresores menos conocidos generalmente ocurren en una escala más pequeña. Incluyen: condiciones edáficas pobres como contenido de roca y niveles de pH, radiación alta, compactación, contaminación y otras condiciones altamente específicas como la rehidratación rápida durante la germinación de la semilla.
Efectos
El estrés abiótico, como parte natural de cada ecosistema, afectará a los organismos de varias maneras. Aunque estos efectos pueden ser beneficiosos o perjudiciales, la ubicación del área es crucial para determinar el alcance del impacto que tendrá el estrés abiótico. Cuanto mayor sea la latitud del área afectada, mayor será el impacto del estrés abiótico en esa área.
Por lo tanto, una taiga o bosque boreal está a merced de cualquier factor de estrés abiótico que pueda aparecer, mientras que las zonas tropicales son mucho menos susceptibles a tales factores estresantes.
Beneficios
Un ejemplo de una situación en la que el estrés abiótico juega un papel constructivo en un ecosistema es en los incendios forestales naturales. Si bien pueden ser un peligro para la seguridad humana, es productivo que estos ecosistemas se quemen de vez en cuando para que los nuevos organismos puedan comenzar a crecer y prosperar.
A pesar de que es saludable para un ecosistema, un incendio forestal aún puede considerarse un estresante abiótico, ya que pone un estrés obvio en organismos individuales dentro del área. Cada árbol que se quema y cada nido de pájaro que se devora es un signo del estrés abiótico. Sin embargo, a mayor escala, los incendios forestales naturales son manifestaciones positivas de estrés abiótico.
Lo que también debe tenerse en cuenta al buscar los beneficios del estrés abiótico es que un fenómeno puede no afectar a un ecosistema completo de la misma manera. Si bien una inundación matará a la mayoría de las plantas que viven en el suelo en un área determinada, si hay arroz allí, prosperará en condiciones húmedas.
Otro ejemplo de esto es en fitoplancton y zooplancton. Los mismos tipos de condiciones generalmente se consideran estresantes para estos dos tipos de organismos. Actúan de manera muy similar cuando se exponen a la luz ultravioleta y a la mayoría de las toxinas, pero a temperaturas elevadas el fitoplancton reacciona negativamente, mientras que el termofílicoEl zooplancton reacciona positivamente al aumento de la temperatura.
Los dos pueden estar viviendo en el mismo ambiente, pero un aumento en la temperatura del área resultaría estresante solo para uno de los organismos.
Por último, el estrés abiótico ha permitido que las especies crezcan, se desarrollen y evolucionen, fomentando la selección natural, ya que selecciona al más débil de un grupo de organismos. Tanto las plantas como los animales tienen mecanismos evolucionados que les permiten sobrevivir a los extremos.
Detrimentos
El detrimento más obvio relacionado con el estrés abiótico implica la agricultura. Un estudio ha afirmado que el estrés abiótico causa la mayor pérdida de cultivos que cualquier otro factor y que la mayoría de los cultivos principales se reducen en su rendimiento en más del 50% de su rendimiento potencial.
Debido a que el estrés abiótico se considera ampliamente un efecto perjudicial, la investigación sobre esta rama del problema es extensa. Para obtener más información sobre los efectos nocivos del estrés abiótico, consulte las secciones a continuación sobre plantas y animales.
En plantas
La primera línea de defensa de una planta contra el estrés abiótico está en sus raíces. Si el suelo que sostiene la planta es sano y biológicamente diverso, la planta tendrá una mayor probabilidad de sobrevivir a condiciones estresantes.
Las respuestas de las plantas al estrés dependen del tejido u órgano afectado por el estrés. Por ejemplo, las respuestas transcripcionales al estrés son específicas de tejido o célula en las raíces y son bastante diferentes dependiendo del estrés involucrado.
Una de las respuestas principales al estrés abiótico, como la alta salinidad, es la alteración de la relación Na / K en el citoplasma de la célula vegetal. Las altas concentraciones de Na , por ejemplo, pueden disminuir la capacidad de la planta para absorber agua y también alterar las funciones de enzimas y transportadores.
Las adaptaciones evolucionadas para restaurar eficientemente la homeostasis de iones celulares han dado lugar a una amplia variedad de plantas tolerantes al estrés.
La facilitación, o las interacciones positivas entre diferentes especies de plantas, es una intrincada red de asociación en un entorno natural. Es como las plantas trabajan juntas. En áreas de alto estrés, el nivel de facilitación es especialmente alto también. Esto podría deberse a que las plantas necesitan una red más fuerte para sobrevivir en un entorno más severo, por lo que sus interacciones entre especies, como la polinización cruzada o las acciones mutualistas, se vuelven más comunes para hacer frente a la gravedad de su hábitat.
Las plantas también se adaptan de manera muy diferente entre sí, incluso de una planta que vive en la misma área. Cuando un grupo de diferentes especies de plantas fue impulsado por una variedad de diferentes señales de estrés, como la sequía o el frío, cada planta respondió de manera única. Casi ninguna de las respuestas fue similar, a pesar de que las plantas se habían acostumbrado al mismo entorno hogareño.
El arroz ( Oryza sativa ) es un ejemplo clásico. El arroz es un alimento básico en todo el mundo, especialmente en China e India. Las plantas de arroz experimentan diferentes tipos de estrés abiótico, como la sequía y la alta salinidad. Estas condiciones de estrés tienen un impacto negativo en la producción de arroz.
La diversidad genética se ha estudiado entre varias variedades de arroz con diferentes genotipos utilizando marcadores moleculares.
Los suelos serpentinos (medios con bajas concentraciones de nutrientes y altas concentraciones de metales pesados) pueden ser una fuente de estrés abiótico. Inicialmente, la absorción de iones metálicos tóxicos está limitada por la exclusión de la membrana celular. Los iones que son absorbidos por los tejidos son secuestrados en las vacuolas celulares.
Este mecanismo de secuestro es facilitado por proteínas en la membrana de la vacuola.
El cebado químico se ha propuesto para aumentar la tolerancia al estrés abiótico en las plantas de cultivo. En este método, que es análogo a la vacunación, los agentes químicos inductores de estrés se introducen en la planta en dosis breves para que la planta comience a preparar mecanismos de defensa.
Por lo tanto, cuando ocurre el estrés abiótico, la planta ya ha preparado mecanismos de defensa que pueden activarse más rápido y aumentar la tolerancia.
Estrés salino en las plantas
La salinización del suelo, la acumulación de sales solubles en agua a niveles que afectan negativamente la producción de plantas, es un fenómeno global que afecta aproximadamente a 831 millones de hectáreas de tierra. Más específicamente, el fenómeno amenaza al 19.5% de las tierras agrícolas de riego del mundo y al 2.1% de las tierras agrícolas no irrigadas (de secano) del mundo.
El alto contenido de salinidad del suelo puede ser dañino para las plantas porque las sales solubles en agua pueden alterar los gradientes de potencial osmótico y, en consecuencia, inhibir muchas funciones celulares.Por ejemplo, el alto contenido de salinidad del suelo puede inhibir el proceso de fotosíntesis al limitar la absorción de agua de una planta;
Altos niveles de sales solubles en agua en el suelo pueden disminuir el potencial osmótico de la tierra y, en consecuencia disminuir la diferencia de potencial de agua entre el suelo y las raíces de la planta, limitando de ese modo electrones fluir de H 2 O a P680 en del Fotosistema II centro de reacción.
Durante generaciones, muchas plantas han mutado y construido diferentes mecanismos para contrarrestar los efectos de la salinidad. Un buen combatiente de la salinidad en las plantas es la hormona etileno. El etileno es conocido por regular el crecimiento y desarrollo de las plantas y lidiar con las condiciones de estrés.
Muchas proteínas de membrana central en plantas, como ETO, ERS y EIN, se usan para la señalización de etileno en muchos procesos de crecimiento de plantas. Las mutaciones en estas proteínas pueden conducir a una mayor sensibilidad a la sal y pueden limitar el crecimiento de las plantas. Los efectos de la salinidad se han estudiado en Arabidopsis.plantas que han mutado las proteínas ERS, ERS, ETR, ETR y EIN.
Estas proteínas se usan para la señalización de etileno contra ciertas condiciones de estrés, como la sal y el precursor de etileno ACC se usa para suprimir cualquier sensibilidad al estrés de la sal.
El hambre de fosfato en las plantas
El fósforo (P) es un macronutriente esencial requerido para el crecimiento y desarrollo de las plantas, pero la mayor parte del suelo del mundo está limitado en este importante nutriente vegetal. Las plantas pueden utilizar P principalmente en la forma de fosfato inorgánico soluble (Pi) pero están sometidas a estrés abiótico de limitación de P cuando no hay suficiente PO 4 soluble disponible en el suelo.
El fósforo forma complejos insolubles con Ca y Mg en suelos alcalinos y Al y Fe en suelos ácidos que lo hacen no disponible para las raíces de las plantas. Cuando hay un P biodisponible limitado en el suelo, las plantas muestran un fenotipo de estrés abiótico extenso, como raíces primarias cortas y más raíces laterales y pelos radiculares para que haya más superficie disponible para la absorción de P i, exudación de ácidos orgánicos y fosfatasa para liberar P ide moléculas complejas que contienen P y ponerlas a disposición de los órganos de las plantas en crecimiento.
Se ha demostrado que PHR, un factor de transcripción relacionado con MYB es un regulador maestro de la respuesta de inanición P en plantas. PHR también ha demostrado regular la remodelación extensa de lípidos y metabolitos durante el estrés de limitación de fósforo
Estrés por sequía
El estrés por sequía, definido como un déficit hídrico natural, es una de las principales causas de pérdida de cultivos en el mundo agrícola. Esto se debe a la necesidad del agua en tantos procesos fundamentales en el crecimiento de las plantas. Se ha vuelto especialmente importante en los últimos años encontrar una manera de combatir el estrés por sequía.
Una disminución de las precipitaciones y el posterior aumento de la sequía son extremadamente probables en el futuro debido a un aumento del calentamiento global.Las plantas han creado muchos mecanismos y adaptaciones para tratar de lidiar con el estrés por sequía. Una de las principales formas en que las plantas combaten el estrés por sequía es cerrando sus estomas.
Una hormona clave que regula la apertura y cierre del estoma es el ácido abscísico (ABA). La síntesis de ABA hace que el ABA se una a los receptores. Esta unión afecta la apertura de los canales iónicos, disminuyendo así la presión de turgencia en los estomas y haciendo que se cierren. Estudios recientes, por Gonzalez-Villagra, et al., Mostraron cómo los niveles de ABA aumentaron en plantas estresadas por la sequía (2018).
Demostraron que cuando las plantas se colocaban en una situación estresante, producían más ABA para tratar de conservar el agua que tenían en sus hojas. Otro factor extremadamente importante para lidiar con el estrés por sequía y regular la absorción y exportación de agua son las aquaporinas (AQP). Las AQP son proteínas integrales de membrana que forman canales.
El trabajo principal de estos canales es el transporte de agua y otros solutos necesarios. Los AQP están regulados transcripcional y post transcripcionalmente por muchos factores diferentes, como ABA, GA, pH y Ca , y los niveles específicos de AQP en ciertas partes de la planta, como raíces u hojas, ayudan a atraer tanta agua a la planta como posible.
Al comprender tanto el mecanismo de las AQP como la hormona ABA, los científicos estarán en mejores condiciones de producir plantas resistentes a la sequía en el futuro.
Una cosa interesante que se ha encontrado en plantas que están constantemente expuestas a la sequía, es su capacidad de formar una especie de «memoria«. En un estudio realizado por Tombesi et al., Encontraron que las plantas que habían estado expuestas previamente a la sequía fueron capaces de idear una especie de estrategia para minimizar la pérdida de agua y disminuir el uso del agua.
Descubrieron que las plantas que estuvieron expuestas a condiciones de sequía en realidad cambiaron la forma en que regulaban sus estomas y lo que llamaron «margen de seguridad hidráulica» para disminuir la vulnerabilidad de la planta. Al cambiar la regulación de los estomas y, posteriormente, la transpiración, las plantas pudieron funcionar mejor en situaciones donde la disponibilidad de agua disminuyó.
En animales
Para los animales, el más estresante de todos los estresores abióticos es el calor. Esto se debe a que muchas especies no pueden regular su temperatura corporal interna. Incluso en las especies que pueden regular su propia temperatura, no siempre es un sistema completamente preciso. La temperatura determina las tasas metabólicas, las frecuencias cardíacas y otros factores muy importantes dentro de los cuerpos de los animales, por lo que un cambio extremo de temperatura puede angustiar fácilmente el cuerpo del animal.
Los animales pueden responder al calor extremo, por ejemplo, a través de la aclimatación natural al calor o enterrándose en el suelo para encontrar un espacio más fresco.
También es posible ver en animales que una alta diversidad genética es beneficiosa para proporcionar resistencia contra los estresores abióticos severos. Esto actúa como una especie de almacén cuando una especie está plagada de los peligros de la selección natural. Una variedad de insectos irritantes se encuentran entre los herbívoros más especializados y diversos del planeta, y sus amplias protecciones contra los factores de estrés abiótico han ayudado al insecto a obtener esa posición de honor.
En especies en peligro
La biodiversidad está determinada por muchas cosas, y una de ellas es el estrés abiótico. Si un ambiente es altamente estresante, la biodiversidad tiende a ser baja. Si el estrés abiótico no tiene una fuerte presencia en un área, la biodiversidad será mucho mayor.
Esta idea conduce a la comprensión de cómo se relacionan el estrés abiótico y las especies en peligro de extinción. Se ha observado a través de una variedad de entornos que a medida que aumenta el nivel de estrés abiótico, disminuye el número de especies. Esto significa que las especies tienen más probabilidades de convertirse en población amenazada, en peligro de extinción e incluso extinta, cuando y donde el estrés abiótico es especialmente duro.
Referencias
Estrés abiótico». Biología en línea. Archivado desde el original el 13 de junio de 2008. Consultado el 4 de mayo de 2008.
Vinebrooke, Rolf D.; et al. (2004) «Impactos de múltiples estresores en la biodiversidad y el funcionamiento del ecosistema: el papel de la co-tolerancia de especies». OIKOS. 104(3): 451–457. doi:.1111 / j.-1299.2004.13255.x.
Gao, Ji-Ping; et al. (2007) «Comprender los mecanismos de tolerancia al estrés abiótico: estudios recientes sobre la respuesta al estrés en el arroz». Revista de biología vegetal integrativa. 49 (6): 742–750. doi : 10.1111 / j.-7909.2007.00495.x.
Mittler, Ron (2006). «El estrés abiótico, el entorno de campo y la combinación de estrés». Tendencias en Ciencias de las plantas. 11(1): 15-19. doi:.1016 / j.tplants..11.002. PMID 16359910.
Palta, Jiwan P. y Farag, Karim. «Métodos para mejorar la salud de las plantas, proteger las plantas de las lesiones relacionadas con el estrés biótico y abiótico y mejorar la recuperación de las plantas dañadas como resultado de tales tensiones». Patente de los Estados Unidos 7101828, septiembre de 2006.
Voesenek, LA; Bailey-Serres, J (abril de 2015). «Rasgos y procesos adaptativos de inundación: una visión general». El nuevo fitólogo. 206 (1): 57–73. doi : 10.1111 / nph.. PMID 25580769.
Sasidharan, R; Hartman, S; Liu, Z Martopawiro, S; Sajeev, N; van Veen, H; Yeung, E; Voesenek, LACJ (febrero de 2018). «Dinámica de señales e interacciones durante el estrés de inundación». Fisiología Vegetal. 176 (2): 1106–1117. doi : 10.1104 / pp..01232. PMC 5813540. PMID 29097391.
Wolfe, A. «Patrones de biodiversidad». Universidad Estatal de Ohio, 2007.
Brussaard, Lijbert; de Ruiter, Peter C.; Brown, George G. (2007). «Biodiversidad del suelo para la sostenibilidad agrícola». Agricultura, ecosistemas y medio ambiente. 121(3): 233–244. doi:.1016 / j.agee..12.013.
Roelofs, D.; et al. (2008) «Genómica ecológica funcional para demostrar respuestas generales y específicas al estrés abiótico». Ecología funcional. 22: 8-18. doi:.1111 / j.-2435.2007.01312.x.
Wang, W.; Vinocur, B.; Altman, A. (2007). «Las respuestas de las plantas a la sequía, la salinidad y las temperaturas extremas hacia la ingeniería genética para la tolerancia al estrés». Planta. 218 (1): 1–14. doi : 10.1007 / s00425-003-1105-5. PMID 14513379.
Cramer, Grant R; Urano, Kaoru; Delrot, Serge; Pezzotti, Mario; Shinozaki, Kazuo (2011-11-17). «Efectos del estrés abiótico en las plantas: una perspectiva de biología de sistemas«. BMC Plant Biology. 11 : 163. doi : 10.1186 / 1471-2229-11-163. ISSN 1471-2229. PMC 3252258. PMID 22094046.
Conde, Artur (2011). «Transporte de membrana, detección y señalización en la adaptación de la planta al estrés ambiental» (PDF). Fisiología Vegetal y Celular. 52 (9): 1583-1602. doi : 10.1093 / pcp / pcr. PMID 21828102 – a través de Google Scholar.
Maestre, Fernando T.; Cortina, Jordi; Bautista, Susana (2007). «Mecanismos subyacentes a la interacción entre Pinus halepensis y el arbusto nativo de sucesión tardía Pistacia lentiscus en una plantación semiárida». Ecografía. 27 (6): 776–786. doi : 10.1111 / j.-7590.2004.03990.x.
Fuentes
- Fuente: www.biology-online.org
- Fuente: web.archive.org
- Fuente: doi.org
- Fuente: pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
- Fuente: www.ncbi.nlm.nih.gov
- Fuente: www.worldcat.org
- Fuente: oup.silverchair-cdn.com
Autor
