Las plantas de maíz se comunican entre sí para defenderse cuando están muy juntas

Las plantas de maíz se susurran mensajes para defenderse de sus enemigos. Cuando están muy juntas, una sustancia volátil que liberan induce a las vecinas a producir compuestos que frenan su crecimiento, pero activa sus defensas contra las plagas. No solo eso, modifican el microbioma del suelo con el que interactúan, dejando un legado defensivo en la tierra que prepara el sistema inmune de la siguiente generación. El descubrimiento, publicado en Science, abre la puerta al uso de sustancias propias de la planta como plaguicida.

Con un diseño experimental impecable, un grupo de investigadores chinos, suizos y holandeses quería investigar las mejores condiciones y las consecuencias del cultivo de maíz de alta densidad. Desde hace unas décadas, sembrar muy juntas las plantas de esta y otras gramíneas, como el trigo y el arroz, ha permitido multiplicar la producción de estos productos básicos para la población mundial. Pero toda aglomeración tiene sus riesgos: si entra una plaga, lo tendrá más fácil para propagarse, como bien demuestran los virus humanos.

Lo que hicieron fue plantar campos con una baja densidad de 60.000 plantas por hectárea y otros, con el doble, 120.000/ha. Vieron que, mientras en los bordes de ambos no había grandes diferencias, las plantas del interior de los superpoblados modificaban su sistema radicular y reducían la altura a la que llegaban las mazorcas, la concentración de clorofila o la cantidad de granos por mazorca. Confirmaron así que la densidad afecta al crecimiento. Pero también observaron un daño significativamente menor por plagas allí donde crecían más juntas.

“Nuestra hipótesis inicial era que, a altas densidades de cultivo, las plantas vecinas están más cerca, lo que intensifica las señales químicas, mientras que a bajas densidades estas señales pueden ser demasiado débiles para desencadenar respuestas significativas”, cuenta en un correo Lingfei Hu, investigador de la Universidad de Zhejiang (China) y coautor de los experimentos.

Para intentar discernir qué señales químicas usa el maíz, sembraron centenares de plántulas a diferentes densidades de 50, 100, 150 y hasta 200 alevines por metro cuadrado. Cuando ya habían echado la cuarta hoja, retiraron las plantas, pero mantuvieron el suelo, sembrando en él otras nuevas. Vieron entonces que, cuanta mayor densidad, mejor resistía el maíz a cuatro de sus peores enemigos: el gusano cogollero, que devora sus hojas, el nemátodo Meloidogyne incognita, un parásito que se ceba con las raíces, el tizón de la hoja del maíz del norte, un hongo que reduce el rendimiento, y contra el virus del enanismo de rayas negras, que, originario del arroz ha saltado a esta gramínea. Algo había en el aire, en el suelo, o en ambos, que las protegía.

Tras descartar que la genética tuviera algo que ver, jugando con diferentes variedades, analizaron la presencia de componentes orgánicos volátiles (VOC, por sus siglas en inglés) emitidos por las hojas del maíz en el ambiente. Vieron que en los campos densamente cultivados, el VOC que más abundaba era el linalool. Se trata de un alcohol presente en muchas plantas, en especial las aromáticas o los cítricos, cuyo aroma recuerda a la lavanda. “Es un volátil de liberación constitutiva, que se emite en condiciones normales. Las plantas aisladas también lo liberan”, recuerda Hu. Por constitutivo quiere decir que va de serie en las hojas, a diferencia de otros compuestos que la planta solo produce cuando sufre un ataque o sufre estrés.

El linalool muestra todo su poder cuando el maíz está muy junto. “Aún desconocemos la concentración exacta necesaria para desencadenar una respuesta en las plantas vecinas”, reconoce Hu. Pero al llegar a un umbral crítico, el maíz se prepara para la guerra. En menos de tres días, los ejemplares circundantes han cambiado su metabolismo, produciendo mayores cantidades de hormonas como el ácido jasmónico que reactivan su sistema inmune. Y las raíces exudan unos compuestos llamados benzoxazinoides, que tienen propiedades plaguicidas. Una de las primeras cosas que hacen es afectar a la rizosfera, la simbiosis entre hongos beneficiosos y raíz, y al conjunto de la microbiota del suelo. Esto provoca que el sistema inmune entre en alerta. La liberación de linalool, la biosíntesis de las hormonas y la exudación de benzoxazinoides están conectados.

“Una planta libera linalool, lo que provoca cambios en el metabolismo de otras, cambios que tienen un efecto en las bacterias del suelo, un efecto que permanece cuando la planta ya no está”, resume Sergio Ramos, ecólogo evolutivo de la Universidad de Zúrich e investigador en el terreno de los volátiles del maíz. Como recuerda Ramos, que no ha intervenido en este trabajo, “el maíz está entre el primer y segundo puesto de los cultivos por área del mundo, siendo tan estudiado que se conoce al detalle su comunicación química”. Pero se desconocía la maravilla del cómo. “El maíz es capaz de identificar al insecto que se lo está comiendo por las proteínas de su saliva”. Esto activa la producción de volátiles inducidos, que solo aparecen tras la agresión. Pero el linalool no es inducido, está siempre presente. Eso sí, como recuerda este investigador, solo genera una respuesta en las distancias cortas, “todos los volátiles tienden a subir”.

Para la investigadora de la Misión Biológica de Galicia (MBG-CSIC) Lucía Martín lo más relevante de este trabajo, aunque todo en él le ha maravillado, es el efecto legado en el suelo. “Funciona como una vacuna, prepara el sistema inmune de la siguiente generación”, dice. Martín hizo su tesis investigando volátiles en la patata, ahora los estudia en otras plantas como el algodón y en unas semanas se irá a Suecia a investigar este efecto legado. Ella comprobó cómo el ataque de unas larvas de polillas a la planta de la patata inducía la liberación de volátiles que, a su vez, activaban las defensas de otras plantas, haciéndolas más resistentes.

De los pocos puntos débiles que la investigadora le ve a la investigación con las plantas de maíz, también destacado por Ramos, es que aunque demuestran el papel disparador del linalool, no explican cómo las vecinas oyen, huelen o perciben su aroma. “En otras plantas se ha apuntado a varios posibles receptores, pero aún se está investigando”, reconoce. En 2024, también la revista Science publicaba un trabajo que había identificado un receptor en el pistilo de las petunias para un volátil concreto, el germacreno. Pero nada más se sabe.

Aunque no era el objetivo del estudio, este apunta al posible uso de determinados volátiles en la agricultura. Por ejemplo, allí donde haya mayor riesgo de plagas, podría inducirse la liberación de linalool o, incluso, dispersarlo en su versión sintética, que la hay. Claude Becker, biólogo de la Universidad de Múnich (Alemania) ha escrito un comentario a la investigación de Hu y sus colegas, también en Science. En un correo recuerda que “cultivaron cebada y raigrás [un tipo de césped] en suelos que previamente tuvieron maíz de alta densidad; resultó que mostraron defensas más fuertes contra los herbívoros”. Así que, para él, “en cierto modo: sí, el linalool parece tener un efecto general (indirecto) en la defensa antiherbívora de las plantas que lo perciben”. Pero Becker también recuerda que no compararon la magnitud del efecto con la de un herbicida real.

Hay un último problema para Becker, destacado también por Ramos, Martín e incluso los autores: “Existe la desventaja de que los efectos del linalool también conducen a plantas más pequeñas”, dice el investigador alemán. Es casi algo mecánico, los recursos son limitados, o los dedican a crecer o a defenderse. Pero esto apunta a otra posibilidad: allí donde no haya peligro, cortar la comunicación, es decir, inhibir la producción de linalool podría acelerar el desarrollo de las plantas.