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Lemnoideae

Lemnoideae es una subfamilia de plantas acuáticas con flores , conocidas como lentejas de agua o lentejas acuáticas . Flotan sobre o justo debajo de la superficie de cuerpos de ...

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Lemnoideae es una subfamilia de plantas acuáticas con flores , conocidas como lentejas de agua o lentejas acuáticas . Flotan sobre o justo debajo de la superficie de cuerpos de agua dulce y humedales estancados o de movimiento lento . También conocidas como laurel , surgieron dentro de la familia aroidea ( Araceae ), [ 1 ] por lo que a menudo se clasifican como la subfamilia Lemnoideae dentro de la familia Araceae. Otras clasificaciones, particularmente las creadas antes de finales del siglo XX, las ubican como una familia separada, Lemnaceae .

Estas plantas tienen una estructura simple, sin tallo ni hojas evidentes . La mayor parte de cada planta es un pequeño talo o fronda organizado , de apenas unas pocas células de espesor, a menudo con bolsas de aire ( aerénquima ) que le permiten flotar sobre o justo debajo de la superficie del agua. Dependiendo de la especie, cada planta puede no tener raíz o tener una o más raicillas simples. [ 2 ]

La reproducción se produce principalmente por gemación asexual ( reproducción vegetativa ), a partir de un meristemo ubicado en la base de la fronda. Ocasionalmente, se forman tres pequeñas "flores" compuestas por dos estambres y un pistilo , mediante las cuales se produce la reproducción sexual . Algunos consideran esta "flor" como un pseudanto , o inflorescencia reducida , con tres flores claramente femeninas o masculinas, derivadas del espádice de las Araceae. La evolución de la inflorescencia de la lenteja de agua sigue siendo ambigua debido a la considerable reducción evolutiva de estas plantas con respecto a sus parientes más antiguos.

La flor del género de lentejas de agua Wolffia es la más pequeña conocida, mide apenas 0,3  mm de largo. [ 3 ] El fruto producido a través de esta reproducción ocasional es un utrículo , y una semilla se produce en una bolsa que contiene aire que facilita la flotación.

Lenteja de agua en entornos naturales

Uno de los factores más importantes que influyen en la distribución de las plantas de humedales, y en particular de las plantas acuáticas, es la disponibilidad de nutrientes. [ 4 ] Las lentejas de agua tienden a asociarse con condiciones fértiles, incluso eutróficas . Pueden propagarse al adherirse a las plumas de las aves acuáticas y a la piel o el pelaje de otros animales anfibios, transportándose así inadvertidamente a nuevos cuerpos de agua. [ 5 ] Las plantas también pueden ser transportadas por inundaciones u otras corrientes de agua. En cuerpos de agua con corrientes constantes o desbordamientos, las plantas son arrastradas por los canales y no suelen proliferar mucho, ya que prefieren aguas tranquilas. Sin embargo, en algunos lugares, existe un patrón cíclico, impulsado por los patrones climáticos, en el que las plantas proliferan mucho durante los períodos de bajo movimiento de agua antes de ser arrastradas cuando se producen períodos de lluvia.

La lenteja de agua es una importante fuente de alimento con alto contenido proteico para las aves acuáticas y muchas especies de peces . Estas diminutas plantas proporcionan refugio a las crías y renacuajos vulnerables de muchos peces y anfibios . Las especies de estanques, como las ranas toro y los tritones , y peces como las percas sol , utilizan estas plantas como refugio . También proporcionan sombra y, aunque a menudo se confunden con ellas, pueden reducir el crecimiento de ciertas algas fotoautótrofas que se desarrollan gracias a la luz .

Utilizar como cultivo alimenticio para el consumo humano.

La lenteja de agua se consume en algunas partes del sudeste asiático, concretamente en Laos , Tailandia y Myanmar . [ 6 ] Además, también se cultiva como verdura en Israel . [ 7 ] Produce más proteínas por metro cuadrado que la soja , contiene vitaminas (como la B12), minerales y carotenoides (luteína, betacaroteno), por lo que a veces se la cita como una importante fuente potencial de alimento para los humanos. [ 8 ]

Algunas investigaciones iniciales sobre hasta qué punto la lenteja de agua podría introducirse en los mercados europeos han mostrado poca objeción por parte de los consumidores a la idea. [ 9 ] El proyecto Cuevas de Marte de la NASA identificó la lenteja de agua como una de las principales candidatas para proyectos de producción de alimentos marcianos. [ 10 ] [ 11 ]

especies invasoras

A pesar de algunos de estos beneficios, debido a que la lenteja de agua prospera en ambientes húmedos ricos en nutrientes, estas plantas pueden considerarse una especie invasora cuando las condiciones favorecen su proliferación excesiva en entornos tradicionalmente pobres en nutrientes u oligotróficos .

Un ejemplo de este problema ocurre en los Everglades , un entorno mayoritariamente oligotrófico, cuando el exceso de sustancias químicas (que incluyen fertilizantes) es arrastrado por la escorrentía pluvial o superficial hacia sus vías fluviales. [ 12 ]

La escorrentía urbana y la contaminación agrícola comienzan a introducir mayores niveles de nutrientes en los humedales y cursos de agua circundantes, lo que puede causar una alteración en la ecología nativa. Estas condiciones permiten que especies de rápido crecimiento como la lenteja de agua se establezcan, se propaguen y desplacen a otras especies nativas como el pasto sierra , y con el tiempo, dan como resultado cambios generalizados en la ecología de los hábitats nativos de pasto sierra y pantanos dentro de los Everglades. [ 13 ]

Taxonomía

Las lentejas de agua pertenecen al orden Alismatales y a la familia Araceae. (a)  es un árbol filogenético basado en los genes de la subunidad grande de la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa. (b)  es una vista ventral esquemática de Spirodela , para mostrar la propagación vegetativa clonal de las lentejas de agua. Las frondas hijas  (F1) se originan del nudo vegetativo  (No), de la fronda madre F0 y permanecen unidas a ella por la estípula  (Sti), que finalmente se rompe, liberando así un nuevo grupo de plantas. Las frondas hijas pueden iniciar nuevas frondas  (F2) por sí mismas antes de la madurez completa. Las raíces se unen al profilo  (P). (c)  muestra la reducción progresiva de un cuerpo similar a una hoja con varias nervaduras y raíces no ramificadas a una morfología similar a un talo en las Lemnoideae.

Las lentejas de agua han sido durante mucho tiempo un misterio taxonómico y generalmente se las ha considerado parte de su propia familia, las Lemnaceae. Se reproducen principalmente de forma asexual. Las flores, si las tienen, son pequeñas. Las raíces están muy reducidas o completamente ausentes. Ya en 1876 se sospechaba que estaban emparentadas con las Araceae, pero hasta la llegada de la filogenia molecular , comprobar esta hipótesis resultaba difícil.

A partir de 1995, los estudios comenzaron a confirmar su ubicación en las Araceae y, desde entonces, la mayoría de los sistemáticos las han considerado parte de esa familia, [ 14 ] aunque en 2021 se propuso nuevamente su reconocimiento como una familia separada. [ 15 ]

Su posición dentro de su familia ha sido algo menos clara; sin embargo, varios estudios del siglo XXI las ubican en la posición que se muestra a continuación. [ 14 ] Aunque pertenecen a la misma familia que Pistia , otra planta acuática, no están estrechamente relacionadas. [ 14 ]

Los géneros de lentejas de agua son: Spirodela , Landoltia , Lemna , Wolffiella y Wolffia .

Los tamaños del genoma de la lenteja de agua tienen un rango de diez veces (150~1500  MB), lo que potencialmente representa desde diploides hasta octaploides . El género ancestral Spirodela tiene el tamaño de genoma más pequeño (150  MB, similar a Arabidopsis thaliana ), mientras que el género más derivado, Wolffia , contiene plantas con el tamaño de genoma más grande (1500  MB). [ 16 ] La secuenciación de ADN ha demostrado que Wolffiella y Wolffia están más estrechamente relacionadas que las demás. Spirodela se encuentra en la posición basal del taxón, seguido de Lemna , Wolffiella y Wolffia , que es el más derivado. [ 17 ]

Para identificar diferentes genomas de lenteja de agua, se desarrolló un sistema de identificación molecular basado en ADN a partir de siete marcadores de plastidios propuestos por el Consorcio para el Código de Barras de la Vida . [ 18 ] El espaciador no codificante atpF-atpH fue elegido como un marcador universal de código de barras de ADN para la identificación a nivel de especie de las lentejas de agua. [ 19 ]

Registro fósil

Las plantas acuáticas flotantes extintas y el polen con afinidades a las Lemnoideae aparecen por primera vez en el registro fósil durante el Cretácico Superior ( Maastrichtiense ), como lo demuestran las hojas flotantes descritas como Aquaephyllum auriculatum de la Patagonia , Argentina , y el género de polen lemnoideo Pandaniidites . [ 20 ]

Fósiles de hojas flotantes con raicillas del Paleoceno del sur de Saskatchewan , Canadá , que fueron descritos originalmente como Lemna ( Spirodela ) scutata por John William Dawson en 1885, han sido redescritos como Limnobiophyllum . [ 21 ] Además del oeste de Norteamérica, se ha informado de Limnobiophyllum en el Paleoceno del este de Rusia y el Mioceno de la República Checa . [ 21 ] Ejemplares inusualmente completos del Paleoceno de Alberta , Canadá, varían desde hojas individuales de hasta unos 4 cm (1,6 pulgadas) de diámetro hasta rosetas de hasta cuatro hojas, algunas de las cuales estaban conectadas a plantas adyacentes por estolones , y algunas de las cuales contienen restos de flores con anteras que contienen polen de Pandaniidites . [ 22 ] También se han reportado ocurrencias de semillas lemnoides descritas como Lemnospermum . [ 21 ]  

Investigación y aplicaciones

La investigación y las aplicaciones de las lentejas de agua son promovidas por dos organizaciones internacionales, la Asociación Internacional de Lemna [ 23 ] y el Comité Directivo Internacional sobre Investigación y Aplicaciones de las Lentejas de Agua. [ 24 ]

En julio de 2008, el Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) anunció que el Programa de Secuenciación Comunitaria financiaría la secuenciación del genoma de la lenteja de agua gigante, Spirodela polyrhiza . Este fue un proyecto prioritario para el DOE en 2009. La investigación tenía como objetivo facilitar nuevos programas de biomasa y bioenergía . [ 25 ] Los resultados se publicaron en febrero de 2014. Proporcionan información sobre cómo esta planta se adapta al rápido crecimiento y a un estilo de vida acuático. [ 26 ]

Fuente potencial de energía limpia

La lenteja de agua está siendo estudiada por investigadores de todo el mundo como una posible fuente de energía limpia. En los EE. UU., además de ser objeto de estudio por el DOE, tanto la Universidad de Rutgers como la Universidad Estatal de Carolina del Norte tienen proyectos en curso para determinar si la lenteja de agua podría ser una fuente de energía renovable , limpia y rentable . [ 27 ] [ 28 ] La lenteja de agua es una buena candidata como biocombustible porque crece rápidamente, produce de cinco a seis veces más almidón que el maíz por unidad de área y no contribuye al calentamiento global . [ 29 ] [ 30 ] La naturaleza rápida de la lenteja de agua ha demostrado que puede duplicar su biomasa en cuatro días y medio. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] La lenteja de agua elimina el dióxido de carbono de la atmósfera y puede tener valor para la mitigación del cambio climático . [ 34 ]

Filtración de contaminantes y nutrientes

Las plantas pueden eliminar nitratos si se cultivan, y las lentejas de agua son importantes en el proceso de biorremediación porque crecen rápidamente, absorbiendo el exceso de nutrientes minerales, en particular nitrógeno y fosfatos . Por estas razones, se las considera purificadoras de agua con un valor aún por explotar. [ 35 ]

El Departamento Suizo de Agua y Saneamiento en Países en Desarrollo, asociado al Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Ambiental, afirma que, además de sus valores alimentarios y agrícolas, la lenteja de agua también puede utilizarse para el tratamiento de aguas residuales , capturando toxinas y controlando olores. Asimismo, si se mantiene una capa de lenteja de agua durante la cosecha para eliminar las toxinas capturadas, se previene el desarrollo de algas y se controla la reproducción de mosquitos . [ 36 ] La misma publicación proporciona una extensa lista de referencias sobre diversos temas relacionados con la lenteja de agua.

Estas plantas también pueden desempeñar un papel en la conservación del agua, ya que una capa de lenteja de agua reducirá la evaporación del agua en comparación con la tasa de evaporación de una masa de agua de tamaño similar con una superficie despejada.

La lenteja de agua también funciona como biorremediador al filtrar eficazmente contaminantes como bacterias, nitrógeno, fosfatos y otros nutrientes de cuerpos de agua naturales, humedales artificiales y aguas residuales. [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]

La empresa emergente microTERRA, con sede en México, ha intentado utilizar la lenteja de agua para limpiar el agua en granjas acuícolas privadas . Estas plantas utilizan el nitrógeno y el fósforo producidos a partir de los desechos de los peces como fertilizante, a la vez que limpian el agua a medida que crecen. El agua puede ser reutilizada por los acuicultores , y la lenteja de agua, que tiene un contenido proteico del 35-42%, puede cosecharse como fuente de proteína vegetal sostenible . [ 40 ]

Véase también

Referencias

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derivado de
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