El reino vegetal ha desarrollado diferentes estrategias para sobrevivir. Algunas son visibles, como las espinas de los cactus por ejemplo, las cuales no son más que hojas modificadas que han sustituido la capacidad de realizar la fotosíntesis por la de proteger el cuerpo de estas plantas. Pero hay otras que no lo son tanto, como la de las denominadas plantas C4.
Son plantas que generalmente viven en regiones áridas o semi-áridas, por lo que han evolucionado hasta conseguir reducir la pérdida de dióxido de carbono (CO2) durante la fotosíntesis, ya que este es un gas esencial durante el proceso de transformación de la energía del Sol en alimento para las plantas.
Características de la fotosíntesis de las plantas C4
Imagen – Wikimedia/Ninghui Shi
Para entender mejor a las plantas C4, vamos a explicar primero la fotosíntesis que más conocemos, principalmente por ser la que se estudia desde el colegio, la C3. Esta consiste en la absorción de la energía solar y dióxido de carbono a través de los cloroplastos de las células que se encuentran en las partes verdes o fotosintéticas de la plantas, y agua por parte de las raíces, para, mediante una serie de reacciones químicas, transformarla en alimento.
Durante un primer momento, esa energía lumínica cambia a energía química, siendo las moléculas NADPH (nicotín adenín dinucleótido fosfato) y el ATP (adenosín trifosfato, las primeras en almacenarla. Pero después, estas moléculas sintetizan los hidratos de carbono a medida que el dióxido de carbono se reduce.
La última etapa de este proceso es cuando las plantas utilizan la energía que han conseguido durante el día para fijar el carbono del dióxido de carbono en forma de glucosa. Esto forma parte del ciclo de Calvin.
Pero la fotosíntesis de las plantas C4 es diferente. Ellas tienen dos tipos de cloroplastos. Unos están junto a los vasos conductores (podríamos decir que son el equivalente a las venas de los animales), y otros que se encuentran en las células del parénquima clorofílico periférico, que son las que se encuentran más cerca de los márgenes de las hojas. Estas últimas se llaman también células mesófilas, y son las que poseen los cloroplastos que fijarán el dióxido de carbono con la ayuda de la molécula PEPA (ácido fosfoenolpirúvico) y la enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa.
A partir de estas moléculas, se generará ácido oxalacético, el cual está compuesto por 4 carbonos (que es por lo que se conocen como plantas C4). Este se transforma luego en ácido málico, y es entonces cuando pasa a los cloroplastos que contienen las células internas de los vasos conductores a través de los plasmodesmos (son estructuras que posee la pared que rodea el núcleo de la célula, el citoplasma). En ellos se liberará el CO2, y el ciclo de Calvin podrá continuar.
El clima y las plantas C4
Las plantas que viven en zonas cálidas y secas tienen muchas más dificultades que el resto para evitar la pérdida de agua. Pero para vivir hay que respirar, y al hacerlo es inevitable perder agua. Por eso, cuando las temperaturas son altas los estomas (poros) de las hojas se cierran, y al hacerlo el oxígeno que se generó durante la fotosíntesis aumenta su concentración.
En situaciones normales, cuando la cantidad de oxígeno y de dióxido de carbono está equilibrada, la enzima que encargada de fijar el carbono (RuBisCO) puede cumplir con su función sin problema. Pero cuando la concentración de CO2 es inferior a la del oxígeno, esta enzima cataliza este último gas y no el CO2, que es lo que ocurre en las plantas C4.
Estas son muy especiales, porque además de tener dos tipos de cloroplastos (ver apartado superior), la enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa, que es una de las que intervienen en la fijación del carbono, soporta concentraciones altas de oxígeno.
¿Cuáles son las ventajas de las plantas C4?
Son varias e importantes ventajas las que tienen estas plantas:
- Por lo general, crecen más rápido que las plantas C3.
- Aprovechan mejor el carbono, ya sea para producir más raíces y/o más hojas.
- Pierden menos agua al realizar la fotosíntesis (según este artículo, se estima que pierden 277 moléculas de agua por cada molécula de CO2, mientras que las plantas C3 pierden 833 moléculas de agua por cada una de CO2 que fijan).
- Impulsan la producción de glucosa, que es el resultado final de la fotosíntesis.
- Pueden vivir en terrenos en los que hay poca agua.
Por todo ello, son cada vez más interesantes, especialmente para cultivar en los climas secos.
¿Cuáles son las plantas C4?
Hay muchas plantas que realizan la fotosíntesis C4. Por ejemplo, el maíz, la grama, el amaranto, la caña de azúcar, el sorgo, o el centeno. Son aquellas que tienen los tejidos menos densos que los que tienen las originarias de climas templados, como por ejemplo los arces o las camelias.
Por todo ello, conocerlas puede ser de gran utilidad para saber qué cultivar en terrenos en los que hay poca disponibilidad de agua.