Lemnoideae es una subfamilia de plantas acuáticas con flores , conocidas como lentejas de agua , lentejas de agua o lentes de agua . Flotan sobre o justo debajo de la superficie de cuerpos de agua dulce y humedales quietos o de movimiento lento . También conocidos como bayroot , surgieron dentro de la familia arum o aroid ( 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 sitúan como una familia separada, Lemnaceae .
Estas plantas tienen una estructura simple, careciendo de tallo u hojas evidentes . La mayor parte de cada planta es una pequeña estructura organizada de " talo " o " fronda " de sólo unas pocas células de espesor, a menudo con bolsas de aire ( erénquima ) 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 realiza principalmente por gemación asexual ( reproducción vegetativa ), que se produce a partir de un meristemo encerrado en la base de la fronda. Ocasionalmente se producen tres pequeñas "flores" que constan de dos estambres y un pistilo , mediante las cuales se produce la reproducción sexual . Algunos ven esta "flor" como un pseudanthium , o inflorescencia reducida , con tres flores que son claramente femeninas o masculinas y que se derivan 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 anteriores.
La flor del género Wolffia de la lenteja de agua es la más pequeña conocida y mide sólo 0,3 mm de largo. [3] El fruto que se produce mediante esta reproducción ocasional es un utrículo , y se produce una semilla en una bolsa que contiene aire que facilita la flotación.
Uno de los factores más importantes que influyen en la distribución de las plantas de los 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 transmitirse por aves acuáticas y pequeños mamíferos, transportados inadvertidamente en sus pies y cuerpos, [5] así como por agua en movimiento. En cuerpos de agua con corrientes constantes o desbordamientos, las plantas son arrastradas por los canales de agua y no proliferan mucho. En algunos lugares, existe un patrón cíclico impulsado por patrones climáticos en el que las plantas proliferan enormemente durante los períodos de bajo flujo de agua y luego son arrastradas cuando sobrevienen los períodos de lluvia.
La lenteja de agua es una importante fuente de alimento rico en proteínas para las aves acuáticas . Las diminutas plantas sirven de refugio para los alevines de muchas especies acuáticas. Las plantas sirven de refugio a especies de agua de estanque, como las ranas toro , y a peces como las agallas azules . También proporcionan sombra y, aunque frecuentemente se confunden con ellas, pueden reducir ciertos crecimientos de algas fotoautótrofas generados por la luz .
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 , por lo que a veces se la cita como una importante fuente potencial de alimento. [8]
Algunas investigaciones iniciales sobre hasta qué punto podría introducirse la lenteja de agua en los mercados europeos muestran pocas objeciones 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 cultivar alimentos en Marte. [10]
A pesar de algunos de estos beneficios, debido a que la lenteja de agua prospera en ambientes de humedales ricos en nutrientes, las plantas pueden verse como una especie molesta cuando las condiciones favorecen una proliferación excesiva en ambientes que tradicionalmente son bajos en nutrientes u oligotróficos .
Un ejemplo de este problema se produce en los Everglades , un entorno mayoritariamente oligotrófico, cuando el exceso de productos químicos (entre los que se incluyen los fertilizantes) es transportado por la escorrentía de las tormentas o la escorrentía superficial a sus vías fluviales. [11]
La escorrentía urbana y la contaminación agrícola comienzan entonces a introducir mayores niveles de nutrientes en los humedales y cursos de agua circundantes, lo que puede causar una alteración de la ecología nativa. Estas condiciones permiten que la invasión de una especie de rápido crecimiento, como la lenteja de agua, se establezca, se propague y desplace a otras especies nativas como el pasto de sierra y, con el tiempo, resulte en cambios generalizados en la ecología de los hábitats de los pastos de sierra nativos y los pantanos dentro de los Everglades. [12]
Las lentejas de agua han sido durante mucho tiempo un misterio taxonómico y, por lo general, se las ha considerado parte de su propia familia, las Lemnaceae. Se reproducen principalmente de forma asexual. Las flores, si están presentes, son pequeñas. Las raíces están muy reducidas o ausentes por completo. Ya en 1876 se sospechaba que estaban relacionados con las Araceae, pero hasta el advenimiento de la filogenia molecular , probar esta hipótesis era difícil.
A partir de 1995, comenzaron los estudios para confirmar su ubicación en las Araceae y desde entonces, la mayoría de los sistemáticos las consideran parte de esa familia. [13]
Su posición dentro de su familia ha sido un poco menos clara; sin embargo, varios estudios del siglo XXI los sitúan en la posición que se muestra a continuación. [13] Aunque pertenecen a la misma familia que Pistia , otra planta acuática, no están estrechamente relacionados. [13]
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 diez veces mayor (150 ~ 1500 MB), lo que potencialmente representa de diploides a octaploides . El género ancestral de 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 (1.500 MB). [14] 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, seguida de Lemna , Wolffiella y Wolffia , que es la más derivada. [15]
Para identificar diferentes genomas de lenteja de agua, se desarrolló un sistema de identificación molecular basado en ADN basado en siete marcadores de plastidios propuestos por el Consorcio para el Código de Barras de la Vida . [16] El espaciador no codificante atpF-atpH fue elegido como marcador de código de barras de ADN universal para la identificación de lentejas de agua a nivel de especie. [17]
Plantas acuáticas extintas que flotan libremente y polen con afinidades con las Lemnoideae aparecen por primera vez en el registro fósil durante el Cretácico Superior ( Maastrichtiano ), como lo demuestran las hojas flotantes descritas como Aquaephyllum auriculatum de la Patagonia , Argentina , y el género de polen lemnoide Pandaniidites . [18]
Los 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 . [19] Además del oeste de América del Norte, se ha informado de Limnobiophyllum en el Paleoceno del este de Rusia y el Mioceno de la República Checa . [19] Los especímenes inusualmente completos del Paleoceno de Alberta , Canadá, varían desde hojas individuales de hasta aproximadamente 4 cm (1,6 pulgadas) de diámetro hasta rosetas de hasta cuatro hojas, algunas de las cuales estaban conectadas a plantas adyacentes mediante estolones , y una pocos de los cuales presentan restos de flores con anteras que contienen polen de Pandaniidites . [20] También se ha informado de la aparición de semillas lemnoides descritas como Lemnospermum . [19]
La investigación y las aplicaciones de la lenteja de agua son promovidas por dos organizaciones internacionales, la Asociación Internacional Lemna [21] y el Comité Directivo Internacional sobre Investigación y Aplicaciones de la Lenteja de Agua. [22]
En julio de 2008, el Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU. (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 . [23] Los resultados se publicaron en febrero de 2014. Proporcionan información sobre cómo esta planta se adapta al crecimiento rápido y a un estilo de vida acuático. [24]
Investigadores de todo el mundo están estudiando la lenteja de agua como una posible fuente de energía limpia. En Estados Unidos, además de ser objeto de estudio por parte del 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 . [25] [26] La lenteja de agua es un buen candidato 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 . [27] [28] La naturaleza rápida de la lenteja de agua ha demostrado que puede duplicar su biomasa en cuatro días y medio. [29] [30] [31] La lenteja de agua elimina el dióxido de carbono de la atmósfera y puede tener valor para la mitigación del cambio climático . [32]
Las plantas pueden eliminar nitratos , si se cultivan, y las lentejas de agua son importantes en el proceso de biorremediación porque crecen rápidamente y absorben el exceso de nutrientes minerales, particularmente nitrógeno y fosfatos . Por estas razones, se promocionan como purificadores de agua de valor inexplorado. [33]
El Departamento Suizo de Agua y Saneamiento en Países en Desarrollo, asociado con el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Ambientales, afirma que, además de sus valores alimentarios y agrícolas, la lenteja de agua también puede usarse para el tratamiento de aguas residuales para capturar toxinas y controlar los olores. y que 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 . [34] La misma publicación proporciona una lista extensa de referencias para muchos temas relacionados con la lenteja de agua.
Estas plantas también pueden desempeñar un papel en la conservación del agua porque una cubierta de lenteja de agua reducirá la evaporación del agua en comparación con la tasa de una masa de agua de tamaño similar con una superficie clara.
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. [35] [36] [37]
Una nueva empresa, microTERRA, con sede en México, ha intentado utilizar lenteja de agua como agua limpia en granjas acuícolas de propiedad privada . Las plantas utilizan nitrógeno y fósforo producidos a partir de desechos de peces como fertilizante y, al mismo tiempo, limpian el agua a medida que crece. Luego, los acuicultores pueden reutilizar el agua y la lenteja de agua, que tiene un contenido de proteína del 35-42%, puede cosecharse como fuente de proteína sostenible. [38]
