Plantas, hongos y el origen del suelo (2 de 3): plantas y hongos, una fructífera asociación

La historia de la vida en la Tierra comenzó hace unos 4.000 millones de años, en un mundo radicalmente distinto al actual. Por entonces, la superficie del planeta era un lugar inhóspito: no existían continentes, el cielo carecía de oxígeno y la atmósfera estaba cargada de gases volcánicos. La vida no nació en tierra firme ni en aguas tranquilas, sino en un entorno extremo: las fuentes termales submarinas.

En estos ecosistemas, también conocidos como fumarolas hidrotermales, el calor del interior terrestre se combina con compuestos minerales que brotan del fondo marino. En ese entorno dinámico y químicamente activo surgieron las primeras formas de vida: microorganismos unicelulares que encontraron allí las condiciones ideales para alimentarse, reproducirse y evolucionar.

◼ Antonio Jordán López

Plantas y hongos, una fructífera asociación

▶ Plantas, hongos y el origen del suelo (1 de 3): de los océanos a la tierra firme

Hace varios millones de años, las algas se asociaron con otra forma de vida: los hongos.

Sabemos con bastante seguridad que los hongos llegaron a la superficie de la tierra algunos cientos de millones de años antes que las plantas.

Hongos. Daniel Frantzen/Flickr.

Los hongos son seres vivos capaces de extraer nutrientes minerales directamente de la roca sobre la que viven. Están formados básicamente por filamentos, llamados hifas. A su vez, las hifas se extienden formando redes interconectadas llamados micelios. En ocasiones estos filamentos pueden engrosarse o agruparse para formar estructuras de resistencia a la desecación o estructuras reproductivas (como las setas, que solo son una parte del hongo). Las hifas del hongo pueden secretar ácidos orgánicos que, literalmente, pueden disolver la roca y solubilizar los elementos minerales que la forman, para extraer los nutrientes que necesitan y absorberlos. Una vez dentro de una hifa, los nutrientes pueden ser transportados a lo largo de toda su longitud, que puede ser de decenas o cientos de metros.

Hongos, posiblemente Xylaria hypoxylon. lofaesofa/Wikimedia Commons.

Si las algas se asocian con los hongos, juntos son capaces de colonizar sistemas a los que por separado no puede acceder ninguno de los dos. El alga puede obtener carbono mediante fotosíntesis y, cuando las cianobacterias están presentes en la relación, nitrógeno atmosférico mediante procesos de fijación. Una vez que sus requerimientos de estos dos nutrientes están satisfechos, el alga cede el excedente al hongo en forma de glicitoles, glucosa (que no es más que energía solar almacenada en paquetitos) o nitrógeno fijado. A su vez, las plantas obtienen nutrientes minerales que el hongo les cede. El hongo, además, ancla el alga al sustrato, proporciona protección frente a la desecación y mayor capacidad de absorción de agua. La simbiosis entre un alga y un hongo es lo que conocemos como un líquen, y de eso ya hemos hablado por aquí.

Líquenes sobre calizas en la Reserva Natural del Peñón de Gibraltar. Antonio Jordán/Imaggeo.

"Si bien los hongos representaban un obstáculo para las plantas en su transición de una etapa marina de algas a convertirse en plantas terrestres, también eran un requisito previo. Tan pronto como las plantas pudieron sobrevivir a los ataques de los hongos que buscaban comerlas en la tierra, el siguiente problema que enfrentaron fue encontrar nutrientes", explica Mads Eggert Nielsen:

"Los nutrientes disueltos como el fósforo y el nitrógeno son fácilmente accesibles por las plantas en ambientes acuáticos. Pero hace 500 millones de años, el suelo tal como lo conocemos hoy no existía, solo rocas. Y, los nutrientes unidos en las rocas son extremadamente difíciles de conseguir para las plantas. Pero no para los hongos. Por otro lado, los hongos no pueden producir carbohidratos, por lo que consumen plantas. Aquí es donde se cree que surgió una relación simbiótica entre las plantas y los hongos, que luego se convirtió en la base para la explosión de la vida vegetal terrestre durante este período".

Las estructuras de defensa que se forman en una planta no matan ni a la planta ni al hongo, simplemente impiden que un hongo invada.

"Dado que un hongo solo puede obtener una entrada parcial en una planta, creemos que surge un punto de inflexión en el que tanto la planta como el hongo tienen algo que ganar. Por lo tanto, ha sido una ventaja mantener la relación tal cual. La teoría de que las plantas domesticaron hongos para colonizar la tierra no es nuestra, pero estamos proporcionando forraje que apoya esta idea", dice Mads Eggert Nielsen.

Juan J. Ibáñez. La invasión terrestre de las plantas: hongos buenos, hongos malos y hongos malos y buenos. Un universo invisible bajo nuestros pies (18/07/2023).

Las micorrizas: el puente invisible entre las plantas y el suelo

Los líquenes que conocemos en la actualidad son uno de estas asociaciones entre plantas y hongos, pero no la única. Las raíces de las plantas actuales, por ejemplo, pueden asociarse con hongos para expandir enormemente el volumen de suelo que pueden explorar en su búsqueda de nutrientes. Este tipo de asociación entre las raíces de una planta y las hifas de un hongo se conoce como micorriza.

Micorrizas (asociación entre raíces de plantas e hifas de hongo). Fotograma de How giant fungal spikes dominated our landscape. Ancient Earth (BBC, 2023).

El término "micorriza" proviene de las palabras griegas mykes (hongo) y rhiza (raíz). Las micorrizas son asociaciones simbióticas entre las raíces de las plantas y ciertos hongos del suelo. Este vínculo es una de las colaboraciones más antiguas y exitosas de la naturaleza, ya que se estima que apareció hace más de 400 millones de años, permitiendo a las plantas colonizar ambientes terrestres. En esta relación, los hongos extienden una red de filamentos microscópicos (hifas) que pueden cubrir un área hasta 100 veces mayor que la raíz misma, aumentando significativamente la capacidad de las plantas para absorber nutrientes esenciales como el fósforo, el nitrógeno y micronutrientes como el zinc. A cambio, las plantas suministran a los hongos entre el 10% y el 30% de los azúcares que producen mediante la fotosíntesis.

Hifas de hongo sobre restos de materia orgánica en descomposición. Josephine S. (Protected by Pixsy)/Flickr.

El impacto de las micorrizas es asombroso: alrededor del 90% de las plantas terrestres dependen de estas asociaciones para sobrevivir y prosperar. Por ejemplo, las hifas micorrícicas pueden aumentar la absorción de agua y nutrientes como fósforo y nitrógeno hasta en un 700%. Este efecto es especialmente crucial en suelos pobres o degradados. Además, las micorrizas desempeñan un papel vital en la salud del ecosistema al mejorar la estructura del suelo y ayudar a las plantas a resistir enfermedades y estrés ambiental. Un ejemplo notable es su capacidad para ayudar a los cultivos agrícolas, como el trigo o el maíz, a mejorar su rendimiento de forma sostenible.

Hifas de un hongo asociadas a raíces de plantas formando una red de micorrizas.

Entre los tipos de micorrizas más comunes, las arbusculares son las más extendidas, formando simbiosis con el 80% de las plantas terrestres, mientras que las ectomicorrizas son clave en bosques boreales y templados, asociándose con especies como pinos y robles. En conjunto, las micorrizas no solo son esenciales para la vida vegetal, sino que son verdaderos arquitectos invisibles de la salud de los ecosistemas terrestres.

Las plantas y los hongos formaron una asociación estable que dura hasta la actualidad. Casi la totalidad de las plantas actuales han desarrollado procesos simbióticos de una u otra forma con los hongos. Pero... ¿qué hongos había en la época en que las algas se aventuraron a tierra firme?

Los hongos del pasado

Durante el Silúrico y el Devónico, hace entre 420 y 370 millones de años, los hongos sí se habían expandido sobre algunas superficies emergidas. Eran los prototaxites, hongos que formaban columnas de hasta 8 metros de altura (aunque estudios recientes indican que podían ser horizontales), aunque el verdadero hongo estaba bajo tierra en forma de filamentos, Es considerado como uno de los organismos más extraños que jamás hayan existido. De forma parecida a las setas, pero de tamaño muchísimo mayor, los prototaxites estaban constituidos por filamentos fúngicos o hifas estrechamente asociadas entre sí. A los prototaxites se les considera los organismos no animales más grandes de aquella época y vivieron en muchas partes del planeta. 

Representación artística de prototaxites en el Devónico. Mary Parrish/National Museum of Natural History, Washington.

Algunos paisajes de películas de ciencia ficción muestran estructuras que recuerdan a los prototaxites, cuyos primeros fósiles fueron descritos a mediados del siglo XIX. En un mundo que no hubiese conocido las plantas, es posible los seres vivos inteligentes que lo habitasen imaginaran mundos alienígenas con bosques de imponentes árboles de hojas verdes.

La asociación entre plantas y hongos y su expansión tuvo una consecuencia inesperada: el suelo.

En la película de ciencia ficción Aniquilación (Alex Garland, 2018) se muestran entornos donde la vida ha evolucionado de formas inesperadas. Aparecen estructuras orgánicas y vegetación que, aunque surrealista, podrían imaginarse como el resultado de un ecosistema dominado por organismos similares a prototaxites de crecimiento vertical. En este fotograma de la película, Lena (Natalie Portman) camina por el "área X", una zona impactada por un meteorito donde se refractan las señales de comunicación y la información genética.

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Resumen en 10 frases

1. Los hongos colonizaron la superficie terrestre antes que las plantas.
2. Se alimentan disolviendo la roca y extrayendo minerales.
3. Forman estructuras como hifas, micelios y setas.
4. Las algas se asociaron con hongos para formar líquenes.
5. Los líquenes permiten colonizar ambientes extremos.
6. Las raíces de plantas actuales se asocian con hongos formando micorrizas.
7. Las micorrizas multiplican la capacidad de absorción de agua y nutrientes.
8. A cambio, los hongos reciben azúcares de las plantas.
9. El 90% de las plantas terrestres dependen de micorrizas.
10. Hongos como los prototaxites dominaron los ecosistemas antes de los árboles.

Preguntas para pensar un poco

¿Qué tienen en común una seta, una raíz y una roca?

¿Cómo ayudaron los hongos a las plantas a conquistar la tierra?

¿Qué son las micorrizas y por qué son tan importantes?

¿Qué papel juegan los líquenes en la colonización de ambientes extremos?

¿Podría existir un ecosistema sin plantas, solo con hongos?

¿Qué aspecto tenían los hongos gigantes del Devónico?

¿Por qué los hongos pueden “comerse” las rocas?

¿Cómo influye la simbiosis en la evolución?

¿Podemos usar hongos para mejorar los suelos agrícolas?

¿Qué nos enseña la historia evolutiva de los hongos sobre el origen del suelo?