La cera epicuticular es una capa cerosa que cubre la superficie exterior de la cutícula de las plantas terrestres . Puede formar una película blanquecina o florecer en las hojas, frutos y otros órganos de la planta. Químicamente, consiste en compuestos orgánicos hidrófobos, principalmente hidrocarburos alifáticos de cadena lineal con o sin una variedad de grupos funcionales sustituidos . Las principales funciones de la cera epicuticular son disminuir la humectación de la superficie y la pérdida de humedad. Otras funciones incluyen la reflexión de la luz ultravioleta, ayudando a la formación de una superficie ultrahidrófoba y autolimpiante y actuando como una superficie anti-trepa.
Los componentes comunes de la cera epicuticular son predominantemente hidrocarburos alifáticos de cadena lineal que pueden estar saturados o insaturados y contienen una variedad de grupos funcionales, como -hidroxilo , carboxilo y -cetoilo en la posición terminal. Esto amplía el espectro de la composición de la cera a ácidos grasos , alcoholes primarios y aldehídos ; si la sustitución ocurre en la mitad de la cadena, dará como resultado β - dicetonas y alcoholes secundarios . [1] Otros componentes principales de las ceras epicuticulares son los ácidos n- alcanoicos de cadena larga , como C24 , C26 y C28 . [ 2]
Estas ceras pueden estar compuestas de una variedad de compuestos que difieren entre especies de plantas. Los túbulos de cera y las plaquetas de cera a menudo tienen diferencias químicas y morfológicas. Los túbulos se pueden separar en dos grupos; el primero contiene principalmente alcoholes secundarios y el segundo contiene β -dicetonas. Las plaquetas están dominadas por triterpenoides , alcanos , aldehídos, ésteres , alcoholes secundarios o flavonoides . Sin embargo, la composición química no es diagnóstica de un túbulo o plaqueta, ya que esto no determina la morfología. [3]
Las parafinas se encuentran en las hojas de guisantes y coles , por ejemplo. Las hojas de palma carnauba y plátano presentan ésteres de alquilo. El alcohol secundario asimétrico 10-nonacosanol aparece en la mayoría de las gimnospermas como Ginkgo biloba y abeto de Sitka , así como en muchas de las Ranunculaceae , Papaveraceae y Rosaceae y algunos musgos . Los alcoholes secundarios simétricos se encuentran en Brassicaceae, incluyendo Arabidopsis thaliana . Los alcoholes primarios (más comúnmente octacosan-1-ol ) se encuentran en Eucalyptus , legumbres y la mayoría de las gramíneas Poaceae . Las gramíneas también pueden presentar β-dicetonas, al igual que Eucalyptus , boj y Ericaceae . Las hojas jóvenes de haya , los tallos de caña de azúcar y los frutos del limón exhiben aldehídos. Los triterpenos son el componente principal en las ceras de frutas de manzana , ciruela y uva . [1] [4] Los componentes cíclicos se registran a menudo en ceras epicuticulares, como en Nicotiana , pero generalmente son componentes menores. Pueden incluir fitoesteroles como el β-sitosterol y triterpenoides pentacíclicos como el ácido ursólico y el ácido oleanólico y sus respectivos precursores, α-amirina y β-amirina. [1]
Muchas especies del género Primula y helechos, como Cheilanthes , Pityrogramma y Notholaena , así como muchos géneros de plantas suculentas Crassulaceae , producen una secreción glandular harinosa, de color blanquecino a amarillo pálido conocida como farina, que no es una cera epicuticular, sino que consiste principalmente en cristales de una clase diferente de compuestos polifenólicos conocidos como flavonoides. [5] A diferencia de la cera epicuticular, la farina es secretada por pelos glandulares especializados , en lugar de por la cutícula de toda la epidermis. [5]
Las ceras epicuticulares son en su mayoría sólidos a temperatura ambiente, con puntos de fusión superiores a unos 40 °C (100 °F). Son solubles en disolventes orgánicos como el cloroformo y el hexano , lo que las hace accesibles para el análisis químico, pero en algunas especies la esterificación de ácidos y alcoholes en estólidos o la polimerización de aldehídos puede dar lugar a compuestos insolubles. Los extractos de disolventes de ceras de cutícula contienen ceras epicuticulares y cuticulares, a menudo contaminadas con lípidos de la membrana celular de las células subyacentes. La cera epicuticular ahora también se puede aislar mediante métodos mecánicos que distinguen la cera epicuticular fuera de la cutícula de la planta de la cera cuticular incrustada en el polímero de la cutícula. [6] Como consecuencia, ahora se sabe que estas dos son químicamente distintas, [7] aunque se desconoce el mecanismo que segrega las especies moleculares en las dos capas. Estudios recientes de microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fuerza atómica (AFM) y reflectometría de neutrones en películas de cera reconstituidas han encontrado ceras epicuticulares de trigo; [8] formado por cristales epicuticulares superficiales y una capa de película de fondo porosa subyacente que se hincha cuando entra en contacto con el agua, lo que indica que la película de fondo es permeable y susceptible al transporte de agua.
La cera epicuticular puede reflejar la luz ultravioleta, como la capa de cera blanca y calcárea de Dudleya brittonii , que tiene la mayor reflectividad de la luz ultravioleta (UV) de todas las sustancias biológicas naturales conocidas. [9]
El término "glauco" se utiliza para referirse a cualquier follaje, como el de la familia Crassulaceae , que parece blanquecino debido a la cubierta cerosa. Las capas de flavonoides epicuticulares pueden denominarse "farina", y las plantas en sí se describen como "farinosas" o " farináceas ". [10] : 51
La cera epicuticular forma proyecciones cristalinas desde la superficie de la planta, que mejoran su repelencia al agua, [11] crean una propiedad de autolimpieza conocida como efecto loto [12] y reflejan la radiación UV . Las formas de los cristales dependen de los compuestos de cera presentes en ellos. Los alcoholes secundarios asimétricos y las β-dicetonas forman nanotubos huecos de cera , mientras que los alcoholes primarios y los alcoholes secundarios simétricos forman placas planas [13] [14] Aunque estos se han observado utilizando el microscopio electrónico de transmisión [13] [15] y el microscopio electrónico de barrido [16] el proceso de crecimiento de los cristales nunca se había observado directamente hasta que Koch y colaboradores [17] [18] estudiaron el crecimiento de cristales de cera en hojas de campanilla de invierno ( Galanthus nivalis ) y otras especies utilizando el microscopio de fuerza atómica . Estos estudios muestran que los cristales crecen por extensión desde sus puntas, lo que plantea preguntas interesantes sobre el mecanismo de transporte de las moléculas.
Las ceras epicuticulares se recuperan de ambientes terrestres, marinos y lacustres, lo que permite la extracción de biomarcadores con solventes y luego la elaboración de perfiles cualitativos y cuantitativos mediante cromatografía de gases y espectrometría de masas (GC-MS) y detección de ionización de llama por GC (GC-FID). GC-MS y GC-FID son preferenciales para identificar y cuantificar n -alcanos y ácidos n -alcanoicos. El análisis de la relación isotópica (GC-IRMS) mide la abundancia relativa de carbono, hidrógeno y otros isótopos con alta precisión. La relación isotópica de carbono se expresa entre el carbono-13 y el carbono-12 como δ 13 C en relación con el estándar internacional. La relación isotópica de hidrógeno entre el deuterio y el protio se expresa como δD en relación con el estándar internacional. [19]
[19] La cera epicuticular se ha utilizado como biomarcador para observar los patrones de evolución humana. Los lípidos de estas ceras vegetales se han analizado al extraerlos de núcleos oceánicos y lacustres , proyectos de perforación paleo-lacustres, afloramientos arqueológicos y geológicos , depósitos de cuevas y sedimentos con presencia humana . Estos datos proporcionan información sobre la ecología vegetal pasada y las tensiones ambientales , en particular mediante la reconstrucción de paisajes con una alta resolución taxonómica .
La cera epicuticular δ 13 C es un biomarcador favorable debido a sus beneficios: no está sesgada hacia la alimentación como los biomarcadores del esmalte dental , y están más extendidos que los carbonatos de paleosuelos que están sesgados según la cantidad de lluvia. Este marcador también puede identificar las vías fotosintéticas de C 3 y C 4 . La biosíntesis de estos lípidos da como resultado un fraccionamiento adicional que da como resultado un δ 13 C más ligero . Los estudios de estabilidad isotópica que caracterizan el proceso diagenético pueden identificar la alteración del carbono y el hidrógeno a través de la actividad química y microbiana, pero estos estudios a menudo tienen resultados mixtos. El estado de la conservación de la cera vegetal en suelos y sedimentos aún se desconoce debido a las interacciones complejas en los entornos deposicionales, incluidos el pH , las comunidades microbianas , la alcalinidad , la temperatura y el contenido de oxígeno/humedad.
El δ 13 C de plantas de orden superior se ha utilizado en sitios arqueológicos del Holoceno y Pleistoceno . Se han analizado diversos entornos en el África moderna a través de la interpretación de indicadores de cera epicuticular, desde vegetación de pastizales boscosos (donde el homólogo C 31 es más abundante) hasta regiones áridas y semiáridas del sur de África (caracterizadas por una abundancia de C 29 ). Los sedimentos paleo-lacustres de Turkana del este (Formación Wargolo de 3,45-3,4 Ma) y del oeste (Formación Nachukui de 1,9-1,4 Ma) sugieren que la insolación de verano controlada por precesión es el principal impulsor de la hidrología del Plioceno y Pleistoceno en la cuenca. La varianza de δD y δ 13 C en ciertas fechas coincide con cambios en variables como la excentricidad orbital y las herramientas de los homínidos . [19]
La cera epicuticular y sus compuestos alifáticos sucesores también se utilizan como biomarcadores para plantas superiores. Los compuestos n -alquilo de cadena larga de las hojas de las plantas vasculares son componentes principales de las ceras epicuticulares que son resistentes a la degradación y, por lo tanto, biomarcadores efectivos para plantas superiores. Estos biomarcadores terrestres también pueden estar presentes en sedimentos marinos. Debido a la falta de material de plantas superiores en entornos acuáticos, la presencia de biomarcadores de plantas superiores en estos ecosistemas infiere que estos biomarcadores fueron transportados desde su entorno terrestre original. Las composiciones isotópicas de carbono, específicamente, su valor δ 13 C, reflejan su metabolismo y entorno, ya que el 13 C se discrimina durante la fotosíntesis. [20]
