Polinización: definición y proceso de la reproducción sexual en plantas

En las plantas con flores, el polen tiene que llegar de una flor a otra. Hay dos formas principales en que esto puede ocurrir: por medio de cosas no vivas como el viento o el agua, o por medio de cosas vivas como los insectos o los pájaros.

• El maíz y el viento

El maíz (llamado maíz en algunas partes del mundo) es polinizado por el viento. Las anteras masculinas sueltan su polen y éste vuela hasta una flor femenina cercana en otra planta de maíz. La mayoría de las flores son masculinas o femeninas en una planta de maíz (monoicas), en lugar de ambos sexos en una sola flor (hermafroditas).

Las flores del maíz han evolucionado (cambiado con el tiempo) para utilizar el viento para la polinización. No necesitan pétalos bonitos. El polen es ligero para que pueda soplar alrededor, y los extremos de las partes femeninas (estigma) son esponjosos para atrapar todos los diminutos granos de polen.

• Tomates y abejas

En las tomateras, las abejas trasladan el polen de las partes masculinas de una flor (anteras), a las partes femeninas de otra flor (estigma). La abeja se mueve entre las flores mientras recoge el néctar que éstas producen. Las abejas se llevan el néctar y parte del polen a su colmena, y las tomateras consiguen reproducirse (hacer nuevas tomateras).

Como las flores del tomate han evolucionado para atraer a las abejas, tienen pétalos extendidos y son blancas a los ojos humanos (las abejas, como la mayoría de los insectos, pueden ver en la gama ultravioleta además de nuestra gama visual de longitudes de onda). El polen suele estar pegado en grupos llamados polinias, que a su vez se pegan a la abeja. Las abejas son extremadamente peludas y llevan pequeñas cargas eléctricas que atraen el polen hacia su cuerpo. Las abejas de la miel tienen unas cestas especiales para el polen, normalmente en sus patas traseras; se limpian el polen de su cuerpo en estas bolsas.

Gran parte del polen se lleva de vuelta al nido o a la colmena, donde se utiliza como fuente de proteínas, muy necesarias para las larvas. Una parte se desprende en la siguiente flor, donde el estigma femenino es pegajoso. Un tubo de polen crece hacia abajo para permitir que el gameto masculino fecunde a un óvulo y forme una semilla.

El 90% de las plantas con flores son polinizadas por animales, y sólo el 10% utiliza la polinización abiótica (no viva). De estas polinizaciones abióticas, el 98% se realiza por el viento y sólo el 2% por el agua.

Lo que ocurre después de la polinización es la fecundación. En las plantas se trata de una doble fecundación en la que dos espermatozoides fecundan células del ovario de la planta. Una de ellas es una fecundación normal, que produce el embrión. La otra es un tipo de fecundación única que produce el endospermo de la semilla.

El proceso comienza cuando un grano de polen se adhiere al estigma del pistilo (estructura reproductiva femenina). Entonces germina y crece un largo tubo de polen. Mientras este tubo de polen crece, una célula haploide se desplaza por el tubo detrás del núcleo del tubo. Esta célula se divide por mitosis en dos espermatozoides haploides.

A medida que el tubo polínico crece, se abre camino desde el estigma, bajando por el estilo y llegando al ovario. Aquí el tubo polínico alcanza el óvulo y libera su contenido (que incluye los espermatozoides). Un espermatozoide se abre camino para fecundar el óvulo, produciendo un cigoto diploide (2n). El segundo espermatozoide se fusiona con dos núcleos celulares, produciendo una célula triploide (3n).

A medida que el cigoto se desarrolla en un embrión, la célula triploide se convierte en el endospermo, que sirve de alimento al embrión. El ovario se desarrollará ahora en un fruto y el óvulo se convertirá en una semilla.

Hay pruebas de que algunas gimnospermas fueron polinizadas por insectos en el periodo triásico, pero la polinización por animales no es el método principal en este grupo. La mayoría son polinizadas por el viento. Algunas gimnospermas y sus insectos polinizadores han coevolucionado para la polinización. Los ejemplos más conocidos son los miembros del orden Cycadales y sus especies asociadas de escarabajos.

La polinización animal realmente extendida y especializada llegó con las angiospermas (plantas con flor). Las diferentes familias de plantas con flor suelen especializarse en un método de polinización concreto. A veces algunos géneros cambian de un método a otro.^p53

• Ranunculaceae: polinizadas por insectos. Sólo un género es polinizado por el viento.
• Compositae (Asteraceae): esta, la familia más numerosa, es polinizada casi en su totalidad por insectos. Dos grupos de géneros han cambiado a la polinización por el viento.
• Cyperaceae: casi totalmente polinizadas por el viento. Un género es de polinización por insectos.
• Moraceae: esta, la familia de las moras, es el mejor ejemplo de un cambio generalizado de la polinización por el viento a la de los insectos. Todas sus familias relacionadas (Ulmaceae, Cannabaceae, Urticaceae) son polinizadas por el viento.
• Gramíneas (Poaceae): las gramíneas tienen adaptaciones extremas para la polinización por el viento. Sólo dos géneros han cambiado a la polinización por insectos.

El síndrome de polinización es el conjunto de rasgos adaptativos que ayudan a las flores a ser polinizadas.

Polinización por el viento

Las flores polinizadas por el viento suelen ser pequeñas y poco llamativas (no son vistosas). No tienen aroma ni producen néctar. Las anteras pueden producir un gran número de granos de polen, mientras que los estambres son generalmente largos y sobresalen de la flor. Sus estigmas pueden ser grandes y plumosos para atrapar los granos de polen. Los insectos pueden visitarlas para recoger el polen; hay algunos ejemplos de flores que son polinizadas tanto por el viento como por los insectos.

Polinización animal

Polinización por escarabajos

Las flores polinizadas por escarabajos suelen ser grandes, de color verdoso o blanquecino y muy perfumadas. Los olores pueden ser picantes, afrutados o similares a la materia orgánica en descomposición. La mayoría de las flores polinizadas por escarabajos son aplanadas o en forma de plato, con el polen fácil de alcanzar. Pueden tener trampas para retener al escarabajo durante más tiempo. Los ovarios de la planta suelen estar bien protegidos de las piezas bucales mordedoras de los escarabajos. Los escarabajos son importantes polinizadores en algunas partes del mundo, como las zonas secas del sur de África y el sur de California, y las praderas montañosas de KwaZulu-Natal en Sudáfrica.

Polinización por moscas

Algunas moscas se alimentan de néctar y polen cuando son adultas (especialmente las moscas abeja y las moscas voladoras). Las flores que visitan suelen tener un fuerte aroma y tienden a ser de color púrpura, violeta, azul y blanco.

Por otra parte, las moscas de la fruta macho se sienten atraídas por algunas orquídeas silvestres que no producen néctar. En su lugar, producen un precursor de la feromona sexual de la mosca. Las moscas que normalmente visitan animales muertos o estiércol se sienten atraídas por las flores que imitan estos elementos olorosos. No obtienen ninguna recompensa y se irían rápidamente, pero la planta puede tener trampas para frenarlas. Estas plantas tienen un olor fuerte y desagradable, y son de color marrón o naranja.

Su gran número y la presencia de algunas moscas durante todo el año las convierten en importantes polinizadores de muchas plantas. Las moscas tienden a ser importantes polinizadores en altitudes y latitudes altas, donde son numerosas, y pueden faltar otros grupos de insectos.

Polinización de las abejas

Las flores polinizadas por las abejas tienden a ser amarillas o azules, a menudo con guías de néctar ultravioletas y olor. El néctar y/o el polen se ofrecen como recompensa en cantidades variables. El azúcar del néctar suele ser principalmente sacarosa. Hay diferentes tipos de abejas que difieren en tamaño, longitud de la lengua y comportamiento (algunas solitarias, otras coloniales). Algunas plantas sólo pueden ser polinizadas por las abejas porque sus anteras liberan el polen internamente, y hay que sacudirlo mediante un zumbido ("sonicación"). Los abejorros son los únicos animales que hacen esto.

La polinización de las abejas desde colmenas móviles tiene un gran valor económico para huertos como el de manzanas o el de almendras.

Polinización por avispas

Las avispas también son responsables de la polinización de varias especies de plantas, siendo importantes vectores de polen y, en algunos casos, polinizadores incluso más eficaces que las abejas.

Polinización de lepidópteros

Las flores polinizadas por las mariposas suelen ser grandes y vistosas, de color rosa o lavanda, suelen tener una zona de aterrizaje y suelen estar perfumadas. Como las mariposas no digieren el polen (con una excepción), se les ofrece más néctar que polen. Las flores tienen guías de néctar sencillas, con los nectarios generalmente ocultos en tubos estrechos o espolones, a los que llega la larga lengua de las mariposas.

Entre las polillas polinizadoras más importantes están las polillas halcón (Sphingidae). Su comportamiento es similar al de los colibríes: revolotean delante de las flores con un rápido batir de alas. La mayoría son alimentadores nocturnos o crepusculares. Por ello, las flores polinizadas por las polillas suelen ser blancas, de apertura nocturna, grandes y vistosas, con corolas tubulares y un fuerte y dulce aroma producido al atardecer, por la noche o a primera hora de la mañana. Se produce mucho néctar para alimentar las altas tasas metabólicas necesarias para impulsar su vuelo.

Otras polillas vuelan lentamente y se posan en la flor. No necesitan tanto néctar como las polillas de halcón, que vuelan rápidamente, y las flores suelen ser pequeñas (aunque pueden estar agregadas en cabezas).

Polinización de aves

Los colibríes son los pájaros que se alimentan de néctar más conocidos por los norteamericanos, hay especies análogas en otras partes del mundo. Las flores atractivas para los colibríes, que revolotean delante de la flor, suelen ser grandes tubos rojos o anaranjados con mucho néctar diluido producido durante el día. Como los pájaros no tienen una fuerte respuesta al olor, suelen ser inodoras. Los pájaros que se posan necesitan una plataforma de aterrizaje considerable, por lo que los pájaros de sol, los pájaros melíferos y similares se asocian menos a las flores tubulares.

Polinización de los murciélagos

Las flores polinizadas por murciélagos suelen ser grandes y vistosas, blancas o de color claro, se abren por la noche y tienen un fuerte olor. A menudo son grandes y tienen forma de campana. Los murciélagos beben el néctar y estas plantas suelen ofrecerlo durante largos períodos. Utilizan la vista, el olfato y la ecolocalización para encontrar inicialmente las flores, y una excelente memoria espacial para visitarlas repetidamente. De hecho, los murciélagos pueden identificar las flores que producen néctar mediante la ecolocalización. Las plantas polinizadas por murciélagos tienen un polen más grande que sus parientes.

Guías de la miel

Las guías de miel, guías de néctar o guías florales son marcas en las flores que indican a los insectos dónde ir a por néctar (muchos insectos pueden ver en el rango ultravioleta). La mayoría de estas guías son invisibles para el ser humano, a menos que las vea con luz ultravioleta. El beneficio para la planta es que las guías aumentan el suministro de polinizadores a un coste relativamente bajo.

La comprensión total de la polinización es bastante reciente.

En 1672 Nehemiah Grew tuvo la idea de que el polen era el medio de fecundación en las plantas superiores. Utilizando un microscopio, fue el primero en describir el polen en detalle. Esto le llevó a descubrir que todos los granos de polen de una especie eran iguales. El estudio de los granos de polen se denomina palinología. Se utiliza mucho en la micropaleontología. El sexo en las plantas se descubrió en 1694, cuando Rudolf Camerarius plasmó su descubrimiento en una carta.

En 1793, Christian Sprengel (1750-1816) publicó un trabajo sobre la polinización de las flores por los insectos en el que exponía todos los puntos principales. Desgraciadamente, "su trabajo estaba tan alejado del pensamiento y los intereses habituales de la época que fue ignorado casi por completo".

Dos líneas de trabajo resolvieron las cuestiones principales. Una de ellas consistió en estudiar el funcionamiento de las células de polen para fecundar el óvulo, y la otra en reconocer la coevolución de los animales polinizadores y las plantas con flores. Ambas líneas de trabajo se volvieron esencialmente "modernas" a mediados del siglo XIX.