¿Hay alguna razón fundamental por la que las plantas no puedan fijar su propio nitrógeno?

Las plantas deben tener nitrógeno para crecer. Según la respuesta a esta pregunta , no hay plantas que puedan fijar su propio nitrógeno (sin la ayuda de bacterias).

Las plantas obtienen su nitrógeno en forma de nitratos (NO 3 -) o amoníaco (NH 4 +). Los nitratos y el amoníaco ingresan al suelo a través de

  • relámpagos (haciendo que N 2 y O 2 se combinen para formar NO que luego reacciona con el agua atmosférica y es traído a la tierra por la lluvia)
  • bacterias fijadoras de nitrógeno asociadas con plantas leguminosas
  • nitrógeno fijado de plantas/animales muertos (amonificación), orina, etc.
  • amonificantes y otras bacterias

La respuesta también establece que parece posible diseñar plantas para poder fijar nitrógeno.

Entonces, uno podría pensar que las plantas podrían haber evolucionado para poder fijar nitrógeno, pero no lo hicieron. Tal vez simplemente no sucedió según la probabilidad de que suceda.
¿Hay alguna otra explicación?

¿Tal vez la capacidad de fijar nitrógeno tendría un efecto dañino en las plantas? ¿O la fijación requiere un conjunto complejo de mutaciones relacionadas? ¿Hay suficientes áreas con suelo empobrecido de nitratos para ejercer una presión de selección para las plantas fijadoras de nitrógeno?

Edité un poco tu pregunta. Siéntase libre de retroceder si cree que la edición va en detrimento de su intención. :-)

Respuestas (3)

Esa es una pregunta interesante. Pero surge una línea de pensamiento por analogía, por ejemplo, ¿por qué las personas no evolucionan para producir su propio ATP sin mitocondrias? (Me refiero, por supuesto, Eukaryotas en general). No veo ninguna razón por la cual el organismo multicelular no pueda incorporar la funcionalidad bacteriana, ya sea como sucedió con las mitocondrias, o simplemente como un tipo de célula separada, que proporcionará reacciones enzimáticas deseables.

La respuesta, por insatisfactoria que sea, podría ser simple: porque así sucedió. Definitivamente podemos crear condiciones experimentales que carezcan de bacterias fijadoras de N, así como cantidades variables de nitratos, nitritos, etc. Y luego producir y seleccionar una línea de mutantes para determinar su capacidad de fijar nitrógeno sin socios simbióticos.

No creo que sea una respuesta insatisfactoria concluir que podría haber sucedido de cualquier manera, con cierta probabilidad, y el resultado aleatorio fue que no sucedió, sin ningún mecanismo conocido que influyera en la probabilidad.
Siento que en biología hay muchas cosas que simplemente son. pero tal respuesta es siempre insuficiente para mi gusto. por ejemplo, por qué el ADN está enrollado de esa manera y no de manera opuesta, u otros. en el caso del nitrógeno, tal vez, era más fácil para dos organismos especializados diferentes vivir juntos en lugar de que uno de ellos adquiriera algunos rasgos especiales.
El ADN se enrolla en la doble hélice de tipo B porque suele ser la conformación de menor energía disponible. Casi siempre hay una buena razón por la que sucede algo, puede que no se conozca por la fijación de nitrógeno, pero la razón probablemente exista. Ver en.wikipedia.org/wiki/…
Me refiero a la derecha frente a la zurda de la hélice, o la quiralidad de la glucosa (las bacterias comen solo D-Glu)

La respuesta más obvia a su pregunta es que la enzima responsable de la fijación de nitrógeno es inactivada por el oxígeno. Así que la fotosíntesis, que produce oxígeno, descarta la fijación de nitrógeno y, como saben, las plantas hacen fotosíntesis.

Sin embargo, podrían haber desarrollado células especializadas para la fijación de nitrógeno, que no hacen fotosíntesis. De hecho, algunas cianobacterias coloniales, que realizan la fotosíntesis, forman células tan especializadas llamadas heterocistos.

Entonces, ¿por qué las plantas no han desarrollado células tan especializadas? Creo que una respuesta fundamental a esta pregunta invocaría la teoría evolutiva de la especialización que dice que la especialización en una cosa a costa de la capacidad de hacer otra cosa se selecciona cuando la compensación es convexa, es decir, cuando puedes ser realmente bueno. en una sola cosa, y ser capaz de hacer ambas implica que en realidad eres bastante malo en ambas.

Espero que esto lo lleve a encontrar la razón fundamental que está buscando.

Interesante respuesta. ¿Puedes agregar algunas referencias a él?
La fijación de nitrógeno se produce en algunas especies de cianobacterias, lo que sería imposible si su hipótesis es correcta.
@MarchHo, ¿la segunda oración del segundo párrafo de mi respuesta no da una razón por la que es posible? Es decir, crean circunstancias anaeróbicas en células especializadas que no hacen la fotosíntesis, donde se produce la fijación de N2, separando así los dos procesos.
@Chris, me enseñaron en la universidad sobre heterocistos y la inhibición de la fijación de N por O2. No tengo referencias listas para ello. Puede leer sobre esto en Wikipedia, pero no me referiría a Wikipedia para corroborar afirmaciones. La teoría evolutiva la obtuve de Adaptive Dynamics, véase, por ejemplo, la figura 2.2 de este libro . Si tengo tiempo agregaré referencias.

Creo que la evolución está impulsada por las necesidades del organismo para adaptarse, no por la necesidad de adaptarse para el consumo de los seres humanos. lo que significa que algo de nitrógeno regresa al suelo a través del efecto de la naturaleza, por ejemplo, la fijación de nitrógeno durante las tormentas y cuando la materia fecal se descompone en el suelo y supongo que estos proporcionan suficiente nitrógeno para el crecimiento normal de la planta y, por lo tanto, la planta no se ve "obligada" a adaptarse a digamos una deficiencia de nitrógeno, pero para los humanos, supongo que debido a la agricultura, la tierra se "agota" y, por lo tanto, necesitamos fertilizantes, pero las plantas no han evolucionado porque supongo que no había una necesidad urgente de hacerlo. Ese es mi propio pensamiento asumiendo que entendí tu pregunta.