Animacions en 3D per comprendre l’anatomia vegetal

22 de juliol 2016

Com es mou l’aigua a l’interior d’un arbre? Gràcies als estudis d’investigadors del CREAF, aquesta pregunta té resposta. Imatges en 3D que permeten reconstruir l’interior de branques i troncs d’arbres, i posteriorment aprofundir en com es transporten l’aigua i els nutrients.

•Vasos conductors d'aigua en Avicennia marina. Reconstrucció en 3D a partir d’imatges de micro-CT obtingudes amb l’escàner SkyScan 1172 MicroCT (Bruker MicroCT). Dimensions de la mostra: 0.4 x 0.4 x 1.6 mm.

Vasos conductors d’aigua en Avicennia marina. Reconstrucció en 3D a partir d’imatges de micro-CT obtingudes amb l’escàner SkyScan 1172 MicroCT (Bruker MicroCT). Dimensions de la mostra: 0.4 x 0.4 x 1.6 mm.

Investigadors del CREAF han usat la tècnica de TAC (Tomografia Axial Computeritzada, o TC) i la seva versió diminuta (micro-CT) per conèixer com es mou l’aigua a l’interior d’u arbre. Les imatges generades permeten reconstruir en 3D l’interior de branques i troncs d’arbres i, amb estudis posteriors, aprofundir en el transport d’aigua i nutrients. Les animacions, presentades recentment en un congrés a Berlín, suposen un avanç en la prevenció dels efectes perjudicials de la falta d’aigua. Fenomen en augment constant, per exemple al bosc mediterrani, com a conseqüència del canvi climàtic.

El bosc mediterrani serà un dels més perjudicats per l’escalfament global. Amb la pujada de temperatures s’espera que els propers anys vagi augmentant també la sequera d’aquesta zona. Les espècies vegetals s’hauran de sotmetre a faltes d’aigua inusuals i en els casos més dramàtics no podran adaptar-se al nou clima.

•Imatge de micro-CT d’un petit volum del tronc d’Avicennia marina fet a partir de l’escàner SkyScan 1172 MicroCT (Bruker MicroCT, Kontich, Bèlgica). Les reconstruccions en 3D es generen a partir d’un gran nombre d’aquestes imatges de micro-CT.

Imatge de micro-CT d’un petit volum del tronc d’Avicennia marina fet a partir de l’escàner SkyScan 1172 MicroCT (Bruker MicroCT, Kontich, Bèlgica). Les reconstruccions en 3D es generen a partir d’un gran nombre d’aquestes imatges de micro-CT.

L’interior d’un arbre, entre moltes altres estructures, està format per vasos conductors. En condicions normals, pels vasos viatja una columna d’aigua que connecta des de les arrels fins a les fulles i que distribueix els recursos hídrics per tot l’organisme. No obstant, quan hi ha sequera, les plantes tenen una demanda d’aigua molt més gran de la que el sòl pot oferir. Això genera tensions elevades en els conductes, que poden trencar la columna d’aigua i provocar el que es coneix com una embòlia vegetal. Igual que en les persones, una embòlia significa un bloqueig en un punt del sistema circulatori. En la majoria dels casos, les conseqüències per als arbres solen ser menys perilloses que per a les persones gràcies a la gran quantitat de vasos conductors que aquestes tenen , tot i que evidentment en dificulten el seu correcte funcionament.

"Si comprenem millor com li afecta a un arbre que els seus vasos no rebin suficient aigua, podrem diagnosticar la seva resposta a la sequera", explica Elisabeth.

Com reduir la probabilitat que l’arbre pateixi embòlies? En aquest punt es troben Elisabeth M.R. Robert, investigadora Marie Curie al CREAF i Jordi Martínez Vilalta, investigador del CREAF i professor de la Universitat Autònoma de Barcelona. El seu projecte PHLOEMAP intenta descriure detalladament com funcionen els òrgans encarregats del transport d’aigua (els vasos conductors, entre d’altres) i sucres, com reaccionen davant la falta d’aigua i la repercussió que té la sequera a nivell global del bosc. Segons ella, amb aquesta informació podrem extrapolar el que li passa a un arbre individual que passa set fins al que succeeix al bosc sencer quan s’asseca.

•La investigadora Elisabeth M.R. Robert en un manglar de l’espècie Avicennia marina, a Kènia. Autora: Hilde Robert

La investigadora Elisabeth M.R. Robert en un manglar de l’espècie Avicennia marina, a Kènia. Autora: Hilde Robert

L’eina clau en aquest experiment han estat dos escàners: un per a objectes molt petits que utilitza un mètode molt semblant als escàners dels hospitals, i l’altre que és exactament el mateix que podem trobar als centres hospitalaris per al diagnòstic de tumors.

Fins fa poc per deduir l’estructura interna de, per exemple, una branca, s’havien de fer desenes de milers de talls finíssims i observar-los al microscopi. Malauradament, aquest procés era molt tediós i els resultats no proporcionaven tanta informació com de la que ara es disposa. Amb aquesta nova tècnica, la Dra. M.R. Robert ha generat imatges en 3D que permeten tenir una visió completa de l’interior de la mostra.

Les animacions obtingudes s’han presentat ja en alguns esdeveniments, com la roda de premsa europea Shaping future forests – understanding tree responses to extreme climate events de Berlín que va tenir lloc el passat mes d’abril. Durant la presentació dels vídeos, les cares dels investigadors –i públic en general– es resumeixen en una paraula: sorpresa. Habituats a la imatge en un sol pla, ara poden aplicar els seus coneixements a un món tridimensional. “Vaig triar dues espècies que creixen als manglars (Avicennia marina i Sonneratia alba), perquè tenen una estructura interna que els permet  tolerar les grans quantitats de sal del seu ecosistema”, explica la investigadora del CREAF.

Elisabeth va conèixer a Jordi Martínez-Vilalta en una conferència i van parlar sobre els projectes relacionats amb la sequera: “Jo ja estudiava com afecta la falta d’aigua a les plantes, però en aquell cas per excés de salinitat. Llavors Jordi em va proposar aprofundir en l’anatomia vegetal i conèixer un nou cas de manca d’aigua: la sequera del bosc mediterrani “. Elisabeth afegeix que “no pensava que podria venir al CREAF amb una beca Marie Curie de la UE. La meva proposta era una entre 7.000 “. A més, confessa que l’èxit va venir gràcies a l’entusiasme que li suscitava el tema: “El projecte m’apassionava. No em vaig centrar en aconseguir la beca, sinó que vaig plasmar el meu interès en poder indagar més en el cas “.

Aquest camí la va portar a obtenir les animacions en 3D que li permetrien complir els seus objectius: conèixer els efectes de la falta d’aigua en arbres. Però moltes investigacions poden derivar de l’anatomia vegetal. En una de les animacions, apareixen diferents conductes encarregats de transportar l’aigua i els minerals absorbits del sòl i repartir-la per tot l’organisme. Així, d’una petita animació podria generar-se tot un estudi del transport als diferents conductes. En l’altre vídeo, es pot apreciar l’estructura interna d’una branca i a més, apareixen sorpreses com un túnel d’insectes. No hem d’oblidar que al cap i a la fi estem explorant l’interior d’una branca.

, , , , , , ,

Verónica Couto Antelo
Tècnica de Comunicació del CREAF des de març del 2016. Graduada en Biologia (UB, 2015) i Màster en Comunicació Científica, Mèdica i Ambiental (BSM-UPF, 2016).
Articles relacionats
Marcos Fernández-Martínez, Josep Peñuelas i Jordi Sardans guardonats amb el Premi Ciutat de Barcelona 2018
15 de febrer 2019CREAF
,
Els boscos de Catalunya es mantenen verds tot i la gran quantitat de processionària
12 de febrer 2019Anna Ramon Revilla
, , ,
11 dones imprescindibles per l’ecologia terrestre i l’evolució
11 de febrer 2019CREAF
El CREAF i l’escola Peramàs de Mataró comencen una relació plena de magnetisme
6 de febrer 2019Anna Ramon Revilla
Comença un nou projecte que vol integrar la gestió de la biodiversitat en la gestió forestal sostenible
5 de febrer 2019CREAF

Follow CREAF on: