Tradicionalmente hemos aprendido que la función de las hojas es realizar la fotosíntesis (convertir la luz solar en energía química) y evitar que la planta pierda agua. Y este es principalmente el caso, y en el caso de las hojas de ensalada verde que comemos.
Sin embargo, la superficie de la hoja no es un simple escudo, sino una compleja red de compuestos químicos con diferentes propiedades en cada zona. Sabiendo dónde se concentra la debilidad de la lechuga (sus zonas hidrofílicas), podemos pensar en buscar nuevos métodos para protegerla, alargar su vida y mejorar su comercialización.
Chubasquero no tanto
Para protegerse, las hojas y otras partes aéreas de las plantas, como flores, tallos o frutos, se cubren con una especie de "capa bastante impermeable" hecha de grasa (lípidos), llamada cutícula. Es algo así como un impermeable natural, pero con composición y estructura variables.
Pero ¿qué pasa si las sábanas no son tan impermeables como esperábamos?
Esta idea explica uno de esos enigmas domésticos comunes: la lechuga permanece blanda y se echa a perder muy rápidamente.
Mirando al nanomundo
Si la cutícula es una capa de grasa impermeable como se ha creído durante siglos, ¿cómo es posible que el agua penetre y salga del interior de las hojas?
Para desentrañar este misterio, un equipo multidisciplinar de científicos "se asomó" al nanomundo de una hoja de lechuga, con un nivel de detalle mil veces menor que el de un cabello humano. Gracias a la microscopía de fuerza atómica y otras técnicas avanzadas, descubrimos que la superficie de las plantas no es una capa continua y uniforme de grasa, sino que representa "parches" o heterogeneidad química 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 tuviera zonas de tela que repelen el agua y otras zonas que la atraen.
Elegimos la hoja de lechuga para nuestro estudio porque es una verdura de vida corta y muy húmeda de agua.
Buscamos una respuesta a la pregunta: ¿Por qué esta hoja es tan perecedera y susceptible a la contaminación microbiana? Quiero decir, ¿por qué se echa a perder tan rápido? ¿Su superficie tiene pocas propiedades de barrera para prevenir la deshidratación y el ataque de patógenos?
La lechuga y sus células epidérmicas.
En un estudio desarrollado por la Universidad Politécnica de Madrid, la Universidad de Murcia y la Universidad de Valencia analizamos en detalle la superficie superior e inferior de un tipo de lechuga.
Elegimos la lechuga romana, una verdura que todos conocemos y que es muy perecedera. Se deshidrata y se echa a perder rápidamente y es muy susceptible a la contaminación microbiana. Esto sugiere que su "abrigo" (cutícula) no es tan eficaz como barrera protectora, en comparación con otras plantas.
La superficie de la hoja está compuesta principalmente por dos tipos de células. Por un lado, las células del "pavimento", que actúan como "adoquines" cubriendo la mayor parte de la superficie. Por otro lado, las células "de guardia", dos células con forma de riñón que se unen formando una abertura llamada estoma (del griego estoma, que significa "boca").
En el envés de las hojas encontramos una densidad de estomas ligeramente mayor. Pero, en general, ambas partes son similares en estructura y composición química.
La función principal de los estomas es abrirse para dejar entrar 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 planta y puede verse afectada por diversas condiciones de estrés.
El análisis de la lechuga reveló algo crucial. Mientras que las células del pavimento tienen una superficie bastante homogénea y rica en grasa (repelente al agua), las células protectoras que forman el estoma son diferentes. La superficie estomática es químicamente heterogénea y diversa. Concentra zonas hidrofílicas (amigables con el agua) entre zonas hidrofóbicas (repelentes al agua).
Importancia de la heterogeneidad química.
Nuestro estudio demostró por primera vez que la superficie estomática, además de ser rugosa, también representa heterogeneidad química. ¿Y qué significa esto?
La misión de los estomas es abrirse y permitir la entrada de dióxido de carbono al interior de las hojas para realizar la fotosíntesis, limitando la pérdida de agua. Sin embargo, planteamos la hipótesis de que la heterogeneidad química concentrada en la superficie probablemente contribuya con algún tipo de funcionalidad adicional que aún tenemos que explorar más a fondo.
Por ahora, podemos prever posibles implicaciones, como que las zonas hidrofílicas probablemente estén relacionadas con la susceptibilidad de esta planta a la contaminación por bacterias o virus. También favorecen la pérdida de agua desde el interior de las hojas. Y al perder más agua, se echan a perder más rápidamente durante el proceso poscosecha, incluida la comercialización.
También es posible que esta composición estomática heterogénea limite la pérdida de dióxido de carbono y el transporte de sustancias hidrófobas, además de afectar las propiedades mecánicas de la hoja.
Estoma de hojas de lechuga romana. (A) Imagen de microscopio electrónico de barrido de la topografía del estoma. (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 zonas hidrofílicas (azuladas) e hidrofóbicas. (D) Distribución de carotenoides en áreas cercanas al estoma, observada mediante microscopía confocal-Raman.
La lechuga es la primera especie hortícola en la que se ha realizado una investigación tan detallada. Sin embargo, creemos que la caracterización superficial de frutas y hortalizas es un requisito básico para buscar métodos que alarguen y mejoren su duración postcosecha y vida útil, lo que beneficiará a la comercialización.
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