Cuando somos niños, nos enseñan que las funciones de una hoja son la fotosíntesis (convertir la luz solar en energía química) y el almacenamiento de agua. Esto es cierto en general, incluidas las hojas de lechuga que comemos.
Sin embargo, la superficie de la hoja no es sólo un escudo: es un entramado complejo de compuestos químicos, con diferentes propiedades en diferentes áreas. Al descubrir dónde se concentra la debilidad de la lechuga (en sus áreas hidrofílicas o "amantes del agua"), podemos encontrar nuevas formas de protegerla, ampliar su uso y facilitar su producción y venta.
No es tan resistente al agua
Para protegerse, las hojas y otras partes aéreas de las plantas, como flores, tallos y frutos, se cubren con una capa cerosa de grasa (lípido) más o menos impermeable, llamada cutícula. Es similar a un impermeable natural, pero con una composición y estructura no uniforme.
¿Pero qué pasa si las sábanas no son tan impermeables como pensábamos? Esto explicaría uno de los grandes misterios del hogar: por qué la lechuga se marchita y se echa a perder tan rápidamente.
Nanomundo de lechuga
Si la cutícula es una capa impermeable de lípidos, como se ha creído durante siglos, ¿cómo puede atravesarla el agua para escapar del interior de la hoja?
Para desentrañar este misterio, un equipo multidisciplinario de científicos se adentró en el "nanomundo" de las hojas de lechuga, observando las hojas con un nivel de detalle mil veces más pequeño que un cabello humano. Gracias a la microscopía de fuerza atómica (AFM) y otras técnicas avanzadas, hemos descubierto que la superficie de las plantas no es una capa continua y uniforme de cera, sino que existe una heterogeneidad química, o "parches", a escala micro y nano.
Lo notamos en los pétalos de rosa, las hojas de olivo y ahora en la lechuga. Es como si un impermeable de hojas tuviera algunas zonas de la tela que repelen el agua y otras zonas que la atraen.
Elegimos hojas de lechuga para nuestro estudio porque son perecederas y absorben agua fácilmente.
Buscamos responder una pregunta: ¿por qué esta hoja es tan perecedera y susceptible a la contaminación microbiana? En otras palabras, ¿por qué se estropea tan rápido? ¿Su superficie tiene menos propiedades de barrera para prevenir la deshidratación y el ataque de patógenos?
Células epidérmicas de lechuga
En nuestro estudio -realizado por la Universidad Politécnica de Madrid, la Universidad de Murcia y la Universidad de Valencia- analizamos en detalle la superficie de las hojas superiores e inferiores de una variedad de lechuga.
Elegimos lechuga romana, una verdura común y perecedera. Se marchita y se echa a perder rápidamente y es muy susceptible a la contaminación microbiana. Esto sugiere que su "capa" (cutícula) no es una barrera protectora tan eficaz como la de otras plantas.
La superficie de la hoja se compone principalmente de dos tipos de células. Las células de "pavimento" cubren la mayor parte de la superficie, mientras que las células de "guardia" constan de dos células con forma de riñón que se unen para formar aberturas llamadas estomas (de la palabra griega stoma, que significa "boca").
Hay una densidad ligeramente mayor de estomas en la parte inferior de las hojas. Sin embargo, ambas partes son generalmente similares en estructura y composición química.
La función principal de los estomas es abrirse para permitir la entrada de dióxido de carbono para la fotosíntesis, aunque también dejan escapar el vapor de agua. La apertura de los estomas está bien regulada a nivel de la planta, pero puede verse afectada por una variedad de factores estresantes.
El análisis de la lechuga reveló algo crucial. Mientras que las células del pavimento tienen una superficie bastante homogénea y rica en lípidos hidrófugos, las células protectoras que forman los estomas son diferentes. La superficie estomática es químicamente heterogénea, es decir, diversa. Entre las zonas hidrófobas (repelentes al agua) hay zonas hidrófilas (respetuosos con el agua).
Diversidad química y por qué es importante.
Nuestro estudio demostró por primera vez que la superficie estomática, además de ser rugosa, también muestra heterogeneidad química.
Estomas sobre hojas de lechuga romana. (A) Topografía del estoma, imagen obtenida con microscopio electrónico de barrido. (B) Sección transversal del estoma, vista por microscopía electrónica de transmisión. (C) Imagen de microscopía de fuerza atómica (AFM) del estoma, que muestra la composición química heterogénea, con un gráfico de color que resalta las regiones hidrofílicas (azul) e hidrofóbicas. (D) Distribución de carotenoides en áreas cercanas al estoma, observada mediante microscopía confocal-Raman.
El propósito de los estomas es abrir y permitir que el dióxido de carbono ingrese a las hojas para la fotosíntesis, limitando la pérdida de agua. Sin embargo, planteamos la hipótesis de que la heterogeneidad química concentrada en la superficie probablemente cumpla una función adicional que aún tenemos que explorar más a fondo.
Podemos prever posibles implicaciones, como la conexión entre las zonas hidrofílicas de la planta y su susceptibilidad a la contaminación por bacterias o virus. Estas zonas también favorecen la pérdida de agua desde el interior de las hojas. Al perder más agua, se echan a perder después de la cosecha, incluso durante la venta.
Asimismo, es posible que esta composición heterogénea de estomas limite la pérdida de dióxido de carbono y el transporte de sustancias hidrofóbicas, y que afecte las propiedades mecánicas de la hoja.
La lechuga es la primera especie hortícola sobre la que se ha realizado una investigación tan detallada. Sin embargo, creemos que estudiar la superficie de las frutas y verduras es esencial para encontrar formas de extender y mejorar su vida útil poscosecha y prolongar su vida, todo lo cual contribuye a un suministro de alimentos más fuerte y robusto.
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