¿Cómo resisten las plantas la congelación?

Si el agua se congela a 0ºC, ¿por qué las plantas no se mueren al alcanzar esa temperatura y existen plantas que pueden resistir 10 o 15ºC bajo cero? Tal vez ahora que llega el invierno y el país empieza a sufrir de un descenso de temperaturas por las olas de frío, puede que esta pregunta os haya rondado por la cabeza. Hoy vamos a ver su respuesta.

La baja temperatura es un factor de estrés abiótico al que se enfrentan las plantas, que no solo perjudica su crecimiento y desarrollo, sino que también restringe su distribución geográfica y el rendimiento de los cultivos. Las bajas temperaturas ambientales disminuyen la fluidez de las membranas celulares, lo que afecta a diversos procesos biológicos. Las cadenas polipeptídicas de las proteínas se desdoblan, revelando así grupos que normalmente están ocultos en su estructura proteica. Dado que las interacciones hidrofóbicas se debilitan, el plegamiento de las proteínas se ve afectado y las tasas a las que ocurren procesos como la transcripción, la traducción, la división celular y las reacciones químicas disminuyen gradualmente.

El estrés por bajas temperaturas ocurre cuando la temperatura ambiental permanece constantemente por debajo de la temperatura óptima para el crecimiento de las plantas, incluyendo el estrés por enfriamiento (de 0 a 15°C) y el estrés por congelación.

El estrés por enfriamiento se refiere a la amenaza que suponen las temperaturas superiores a cero grados para las plantas, en las que no se forma hielo dentro de las células, pero puede provocar la rigidificación de las membranas, desestabilizar complejos proteicos e impedir la fotosíntesis.

El estrés por congelación se refiere al daño o incluso la muerte de las células causado por temperaturas inferiores a cero grados.

Ambos tipos de estrés tienen efectos adversos sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas. Por eso, muchos vegetales de zonas frías tuvieron que desarrollar estrategias que cambien la composición de sus membranas celulares para aumentar los ácidos grasos insaturados (estos ácidos tienen puntos de congelación más bajos) o aumentar la síntesis de proteínas de shock frío o enzimas activas a bajas temperaturas.

El crisantemo es una planta que resiste muy bien el enfriamiento.

En lo primero que quiero incidir es que el agua pura (destilada) se congela a 0ºC a la presión de 1 atmósfera, pero el agua que está en el interior de las plantas no es agua pura, sino que está mezclada con azúcares, sales, proteínas y otras sustancias formando un "caldo" celular. Esto baja ligeramente el punto de congelación, haciendo que el agua se mantenga en estado líquido incluso unos grados por debajo de 0ºC, logrando un efecto crioprotector. Es un efecto similar a cuando se echa sal en las carreteras para evitar que se forme hielo (esto baja el punto de congelación).

Además, el frío extremo produce daños en las membranas celulares por la formación de cristales de hielo, lo que provoca la muerte de esas células (igual que ocurre con una botella de agua que revienta en el congelador).

Por eso, las plantas también pueden hacer una deshidratación controlada, bombeando el agua de las células al espacio extracelular, de manera que el hielo que se forme no daña las células. Este mecanismo necesita tiempo para poder realizarse y si viene una bajada brusca de las temperaturas o la temperatura baja demasiado, el hielo se formará en el interior de la célula y esta acabará muriendo, lo que lleva a la helada negra y a la muerte de la planta.

Daños por helada negra

Uno de los mecanismos adaptativos que desarrollaron las plantas para evitar esos daños consiste en la producción "proteínas anticongelación".

Estas "proteínas anticongelación" no solo están presentes en las plantas, sino que también se encuentran en muchos microorganismos como hongos y bacterias, insectos y animales vertebrados. De hecho, la primera "proteína anticongelación" se descubrió en la sangre de un pez ártico que era capaz de sobrevivir a temperaturas por debajo de los 0ºC. Esa proteína lo que hacía era disminuir el punto de congelación de la sangre del pez por debajo del punto de congelación del agua del mar, pero sin elevar la presión osmótica del plasma. También se vio que esa proteína conseguía retardar la formación de cristales de hielo cuando la temperatura descendía por debajo del punto de congelación de la sangre de ese pez.

Estas proteínas se encuentran en numerosas especies de plantas tolerantes al frío y aumentan su resistencia al disminuir el punto de congelación de los fluidos. La mayoría de las proteínas anticongelantes de las plantas se encuentran en la corteza de plantas leñosas, en las raíces y también en las hojas.

Algunas de estas proteínas pueden modificar la forma de crecimiento de los cristales de hielo manteniendo una temperatura adecuada para conseguir un equilibrio entre el punto de deshielo y congelación o inhibir la cristalización de hielo.

El ciclamen adora el frío y puede soportar entre -10 y -15ºC sin ningún problema

Por lo tanto, las plantas pueden ser resistentes al frío gracias a métodos de defensa a varios niveles: uno sería con simple composición de su savia rica en minerales, aumentando los ácidos grasos en las paredes celulares, evacuando un parte del agua del interior de las células y produciendo proteínas resistentes al frío. Son 4 métodos efectivos, unos son más especializados, otros más generalistas, pero al final se trata de sobrevivir en un entorno frío. Las plantas tropicales y subtropicales casi no tendrán ninguna de estas protecciones, simplemente porque viven en zonas cálidas y no se enfrentan nunca a un medio ambiente frío. Las plantas de climas fríos podrán soportar temperaturas realmente bajas porque evolucionaron para protegerse. Un pino o un abeto pueden soportar casi -40ºC casi sin inmutarse, pero una orquídea claramente no llegará a ese grado de resistencia y puede que con 0º o -2ºC ya se muera congelada.