¿Cómo se las arreglan los árboles para crecer por igual en todas las direcciones?

Hay algunas otras buenas respuestas que brindan parte de la imagen, pero creo que hay un principio organizador fundamental que se ha perdido. Konrad lo ha mencionado en su respuesta.

La razón por la que los árboles, y la mayoría de las plantas, tienden a crecer por igual en todas las direcciones es que han generado iterativamente ramificación y simetría radial que se controla en un ciclo de retroalimentación de la hormona auxina promotora del crecimiento y los transportadores de auxina sensibles a la auxina. Este es un elegante algoritmo biológico que explica todo el crecimiento ramificado.

Las cosas que identifica Konrad (fototropismo, gravitropismo, etc.) sirven como señales de orientación que ayudan a la planta a determinar a lo largo de qué ejes crecer, pero fundamentalmente el proceso se trata de gradientes de auxina. Hay excepciones, como otros han señalado en sus respuestas, y generalmente resultan de desequilibrios severos en las señales de orientación.

Trataré de explicar el proceso de crecimiento claramente (y me da la oportunidad de intentar diagramar de nuevo ^_^)...

La auxina es una hormona vegetal (en realidad, una clase de hormonas, pero sobre todo cuando la gente dice auxina, se refiere al ácido indol-3-acético ) que promueve el alargamiento y la división celular. El principio básico que permite que la auxina actúe en la forma de organización que lo hace es que la auxina se produce dentro de las células, y las proteínas que exportan auxina de una célula se desarrollan en el lado de la célula que tiene la mayor concentración de auxina (ver figura a continuación).

¡Entonces la auxina se transporta hacia arriba en el gradiente de concentración de la auxina! Por lo tanto, si de alguna manera se desarrolla un área de alta concentración de auxina, se transporta más auxina hacia esa área. Un área de alta concentración de auxina en relación con el tejido circundante se denomina máximo de auxina (plural 'maxima').

Durante la mayor parte de la vida de la planta, la auxina se produce casi por igual en la mayoría de las células. Sin embargo, en las primeras etapas del desarrollo del embrión, se produce preferentemente a lo largo del eje embrionario (ver la figura a continuación, parte 1 ). Eso crea un meristema , un grupo de células donde tiene lugar la división celular, en el máximo de auxina en cada extremo del embrión. Dado que este meristemo en particular se encuentra en el ápice de la planta, se denomina meristemo apical y, por lo general, es el más fuerte de la planta.

Entonces, al tener un meristema en cada extremo, el embrión se alarga ya que la división celular solo tiene lugar en esos puntos. Esto lleva a la parte 2 de la imagen de arriba, donde los dos meristemas se separan tanto que el gradiente de auxina es tan débil que ya no tiene su efecto organizador (área en el cuadrado rojo). Cuando eso sucede, la auxina producida en las células de esa zona se concentra de manera caótica por un corto tiempo hasta que se crea otro centro de transporte. Esto sucede, como sucedió con el primero, cuando un área particular del tejido tiene una concentración de auxina ligeramente mayor, por lo que la auxina del tejido circundante es transportada hacia ella. Esto lleva a la parte 3 de la figura, en la que se crean dos nuevos meristemas a los lados de la planta (llamados meristemas laterales ).).

Los meristemas laterales son donde se producen las ramas en las plantas. Si luego imagina que este proceso continúa iterando una y otra vez, verá que las ramas, a medida que se alargan, desarrollarán meristemos en las puntas y a lo largo de los lados. El tallo principal también seguirá elongándose y desarrollará más tallos laterales. La raíz comenzará a ramificarse, y esas ramas se ramificarán, etc. Si puedes entender cómo funciona este elegante sistema, entenderás cómo crecen las plantas y por qué crecen en unidades repetitivas en lugar de en un plan corporal como los animales.

También explica por qué, si cortas la punta de un tallo, promueve la ramificación. Al eliminar el meristemo apical, se elimina el gradiente de auxina y se permite la creación de múltiples meristemos más pequeños, cada uno de los cuales se desarrolla en ramas.

Hasta ahora he explicado la ramificación regular, pero el mismo sistema causa la simetría radial que hace que los árboles (generalmente) crezcan en todas las direcciones por igual...

Imagine tomar una sección transversal a través de un tallo y mirar hacia abajo a través de él (como se muestra crudamente arriba). Así como los gradientes de auxina actúan para coordinar el crecimiento a lo largo de la planta, también lo coordinan radialmente, ya que los máximos tenderán a espaciarse lo más lejos posible entre sí. Eso lleva a que las ramas crezcan en todas las direcciones por igual (en promedio).

Agradezco los comentarios sobre esta respuesta, ya que creo que es tan importante para comprender el crecimiento de las plantas que me gustaría perfeccionar mi respuesta para que sea lo mejor posible.

El crecimiento de las plantas está estrictamente controlado por las auxinas , hormonas vegetales. La auxina en sí suele tener uninhibitorioefecto sobre el crecimiento [EDITAR: ver los comentarios y la respuesta de Richard para la corrección]. Hasta donde yo sé, no existe un control activo para restaurar la simetría de la planta una vez que se ha torcido (¡pero podría estar equivocado!), pero el efecto inhibidor de la auxina sintetizada en el meristemo y difundiéndose en todas las direcciones provoca un patrón simétrico de inhibición y activación. , formando brotes a distancias simétricas alrededor del meristema apical del brote; esto es muy visible en la simetría del brócoli romanesco :

Además, existen varios mecanismos que involucran a las auxinas que dan forma al crecimiento general de la planta. Los más importantes son:

• Dominancia apical que hace que el ápice (el tallo) de la planta crezca con más fuerza que otras partes de la planta, asegurando un centrado general del crecimiento.

• El fototropismo hace que la planta crezca hacia la luz del sol. A diferencia de su hipótesis, esto no se debe simplemente a una mayor fotosíntesis y, por lo tanto, a un crecimiento más rápido en la parte frontal de la planta que mira hacia la luz, sino que se controla activamente.

• El gravitropismo es un efecto muy interesante que hace que la planta crezca generalmente hacia arriba . Es interesante porque el mecanismo en realidad usa la gravedad: la auxina sintetizada en el meristemo se difunde hacia abajo en la planta debido a la gravedad, inhibiendo el crecimiento en las regiones inferiores (pero tenga en cuenta que en el meristemo apical de la raíz el efecto se invierte de alguna manera).

• El hidrotropismo hace que la planta crezca hacia el agua.

Todos estos efectos combinados hacen que la planta crezca generalmente hacia arriba, distribuida lateralmente.

No siempre. Por ejemplo, este manzano crece justo afuera de mi ventana:

Hasta ahora, no se ha caído todavía. La razón por la que crece de esa manera es porque toda la luz proviene del lado derecho de la imagen: el árbol se inclina aproximadamente hacia el sureste, mientras que el edificio está al suroeste y proyecta una sombra en el centro del patio durante gran parte del día. Además, a la izquierda puedes ver las ramas de otros árboles más altos que bloquean casi todos los tragaluces dispersos desde esa dirección.

Como se muestra en la respuesta de @IlmariKaronen, ese no es siempre el caso. la mayoría de los árboles que crecen junto a los lados sombreados de los edificios tienden a inclinarse hacia afuera del edificio. Algunos árboles pueden soportar más sombra que otros, y estos enviarán ramas a la sombra de los edificios. Nunca crecen tan densos o robustos a la sombra. La razón por la que las plantas crecen hacia la luz es el fototropismo. Cuando la luz incide en el tallo de la planta, las auxinas que determinan la longitud del tallo se destruyen, disminuyendo la cantidad de crecimiento en ese lado del tallo. Cuando esto sucede, los tallos se doblan hacia la fuente de luz debido al desequilibrio de auxinas en el tallo. La razón por la que el lado oscuro es más débil es que todos los árboles dependen de la fotosíntesis para obtener energía. Por supuesto, el lado sin luz solar directa no realizará tanta fotosíntesis, por lo que tendrá mucha menos energía para crecer. También, muchos árboles grandes están desequilibrados, a veces todo el peso en un lado. Las raíces los sostienen.