La vida secreta de los bosques Understand article

Traducción de Elisa López Schiaffino. Una nueva investigación revela los efectos beneficiosos previamente desconocidos de las copas de los árboles y de la vida secreta que alojan en su interior.

La autora, entre árboles de
secuoya gigantes en el
Parque Estatal Calaveras Big
Trees en California (Estados
Unidos)

Katie Jennings/Rossella
Guerrieri

Cuando camina por un bosque, ¿qué es lo que más le impresiona de los árboles? A mí, el manto verde de hojas y las ramas que se extienden hacia el cielo. Recuerdo la primera vez que vi un árbol de sequoya, en el Parque Estatal Calaveras Big Trees en California (Estados Unidos). Lo que realmente me impresionó fue el alto manto perenne de estos árboles, que puede llegar a los 3500 años y que recibe agua de las raíces que están a casi 100 metros de profundidad. Soy ecofisióloga de árboles y me fascinan las copas de los árboles; no solo son importantes para cada árbol individual, sino también para los bosques, y también para todos nosotros.

Las copas de los árboles contribuyen enormemente a mitigar el calentamiento global y el cambio climático, ya que toman dióxido de carbono a través de sus hojas, gas que usan en la fotosíntesis para producir azúcares. Gracias a esto, las copas forestales en todo el mundo absorben alrededor del 30% del dióxido de carbono emitido por la quema de combustibles fósiles. A su vez, los árboles pierden agua por las hojas: la toman de la tierra y la devuelven a la atmósfera a través de la transpiración. Esto es bien sabido, pero lo que se conoce menos, y recién se está empezando a comprender, es que los árboles también tienen un efecto sobre otros gases del aire, además del dióxido de carbono, el oxígeno y el vapor del agua: especialmente, el nitrógeno y sus compuestos.

El ciclo del nitrógeno

Las copas de los árboles siempre están expuestas a cambios en la composición de la atmósfera, como los cambios que causan los contaminantes. Algunos de estos contaminantes son compuestos reactivos de nitrógeno, como el amoníaco (NH3) y sus compuestos y varios óxidos de nitrógeno conocidos como NOx (NO, NO2 y NO3). Durante el siglo pasado, los compuestos de nitrógeno atmosférico han aumentado rápidamente, en particular debido a incrementos globales en la actividad industrial, emisiones provenientes del tráfico, la ganadería intensiva, el uso de fertilizantes en la agricultura y la quema de biomasa para obtener energía (Galloway et al., 2004).

Los bosques tienen un efecto estabilizador (como en el caso del aumento del dióxido de carbono atmosférico), porque almacenan algunos de los compuestos de nitrógeno adicionales de la atmósfera. Una de las preguntas clave que los científicos han intentado responder desde la década de 1980 es si esta función la desempeñan los árboles o solamente el suelo. Los estudios anteriores asumían que los compuestos adicionales de nitrógeno llegaban directamente a la tierra y que no había interacción con las copas de los árboles, pero investigaciones más recientes indican que tal vez eso no sea así.

Las copas de los árboles y la contaminación

Stomata on leaf surface
Los estomas son poros
protegidos por células
alargadas (aquí en color
verde) que permiten que los
gases entren y salgan de la
hoja

BlueRidgeKitties/Flickr, CC BY-
NC-SA 2.0
 

En varios bosques en Europa y Estados Unidos, se han monitoreado los compuestos de nitrógeno de la atmósfera durante varias décadas. Los estudios que han utilizado estos datos han demostrado que las copas de los árboles desempeñan un rol activo en la disminución de la contaminación del aire al almacenar algunos de los compuestos de nitrógeno y alterar otros que llegan al suelo. Pero ¿cómo lo hacen? Parece que, al igual que el dióxido de carbono, estos compuestos de nitrógeno pueden atravesar la superficie de la hoja a través de los estomas, y la planta los absorbe. Otros estudios han mostrado que las copas de los árboles pueden transformar el amoníaco y sus compuestos y convertirlos en nitratos, que pasan a la tierra, donde las raíces los absorben como nutrientes. Estos procesos explican otro descubrimiento: los compuestos de nitrógeno en el aire en realidad pueden beneficiar a los árboles, ya que aumentan la tasa de crecimiento en algunos bosques donde la disponibilidad de nitrógeno puede ser un factor limitante (Magnani et al., 2007).

Desde luego, la contaminación del aire también daña los árboles, particularmente el ozono y los compuestos de azufre como el dióxido de azufre, conocido desde la década de 1980.  Estos gases dañan la cutícula de la hoja y los estomas, lo que causa el desequilibrio del intercambio de gases entre la planta y el aire. Sin embargo, gracias a las normas existentes, las emisiones que causan la contaminación del aire han disminuido desde los años ochenta, en especial en lo que respecta a los compuestos de azufre.

Los árboles sirven como filtros y contribuyen a una mejor calidad del aire, incluso en las ciudades. En general, la efectividad de un árbol para absorber contaminantes depende de la estructura de la copa (la forma y la densidad de las hojas y ramas) y de sus hojas (por ejemplo, qué tan áspera o cerosa es su superficie).  Entre las especies de árboles que son particularmente efectivas para absorber compuestos de NOx a través de sus hojas se encuentran el abedul (Betula), el álamo (Populus) y el saúco negro (Sambucusnigra). El roble (Quercus), la haya (Fagus sylvatica) y el carpe (Carpinusbetulus) son eficaces para absorber amoníaco.

Oak tree (Quercus)
El roble (Quercus), una especie que puede absorber amoníaco de la atmósfera
Yuriy Vahlenko/Shutterstock.com

Los protectores microbianos

Bacterial colonies from leaf
Colonias bacterianas que han
crecido por medio de la
impronta de una hoja en un
medio de cultivo. Se muestra
cómo las bacterias se alinean
a lo largo de la estructura de
las hojas.

Julia Vorholt/ETH Zurich
 

Las investigaciones recientes muestran otro factor del efecto que tienen las copas de los árboles sobre la atmósfera. Este factor es el «microbioma de la hoja»: las formas de vida microbianas que están dentro de las hojas o sobre su superficie, algo así como el microbioma intestinal dentro de nuestros cuerpos. Ahora es bien sabido que el microbioma intestinal afecta significativamente nuestra salud e incluso nuestra felicidad. Resulta notable que parece haber un efecto similar en los árboles: el microbioma de la hoja afecta la manera en que los árboles responden a los cambios medioambientales.

Pero mientras la secuenciación del ADN les ha permitido a los científicos compilar un atlas global de las bacterias que viven en el suelo, recién hemos empezado a aprender qué tipos de microbios viven en las copas de los árboles. Quedan muchas preguntas por responder: por ejemplo, ¿estas especies microbianas son similares en bosques y especies de árboles diferentes? ¿Y qué microbios son los responsables de absorber el nitrógeno atmosférico en las copas de los árboles y cuáles son los encargados de transformarlo?

En el año 2015, recibí una beca de investigación para intentar responder esas preguntas. Mi objetivo era investigar la vida secreta de las copas de los pinos silvestres y los bosques de haya en toda Europa, desde Suecia y Finlandia en el norte hasta la Italia y España mediterránea en el sur. Seis meses después de empezar mi beca de investigación, tenía el laboratorio lleno de tierra, hojas y botellas con agua que recogí debajo de las copas de los árboles. Fue increíble descubrir que tan solo unos pocos gramos de hojas esconden una comunidad bacteriana tan diversa (Guerrieri et al., 2017). Mediante el microscopio, pude apreciar la belleza de la alineación de los microbios a lo largo de los nervios de las hojas.

Con mis colegas, comenzamos a comprender qué microbios en las hojas ejercían las distintas funciones. Por ejemplo, descubrimos que las arqueas convertían el amoníaco atmosférico en nitratos en mayor medida que las bacterias. Otros estudios han mostrado que algunas bacterias eliminan contaminantes de la atmósfera al usarlos en su metabolismo (Wei et al., 2017). Pero tenemos mucho más por hacer en este nuevo campo de investigación para comprender el efecto que tienen ciertos microbios en el bioma de la hoja.

El bioma de la hoja y la salud forestal

Al igual que los seres humanos, los árboles también se benefician de sus habitantes microbianos. Hace poco, los científicos descubrieron que la diversidad bacteriana en las copas de los árboles ayuda a mejorar la resistencia a las pestes y contribuye a una mejor salud forestal en general. Y un grupo de científicos en los Estados Unidos han encontrado bacterias en las hojas de los árboles de secuoya que las protegen de hongos patógenos (Carrell & Frank, 2015), tal vez ese sea el secreto que les ha permitido a estos hermosos árboles gigantes resistir enfermedades y sobrevivir por siglos e incluso milenios.

En todo caso, luego de 20 años de observaciones en los bosques europeos, podemos decir con certeza que las copas de los árboles (y las formas de vida invisibles que ocultan) son una pieza importante del complejo e incompleto rompecabezas del ciclo del nitrógeno en el aire, la tierra y las especies vivas.

Primeval beech forest canopy
Copas de los hayedos primarios en el Parque Nacional Hainich (Alemania)
Images/Shutterstock.com

Agradecimientos

La autora agradece la financiación de los exbecarios del Newton International Fellowship (2013-2017) de la Royal Society, los fondos de la UE a través de la beca individual MSCA (NITRIPHYLL), y a Joan Cáliz y Mateu Menéndez-Serra (Centro de Estudios Avanzados de Blanes, España) por su apoyo en las observaciones con microscopio.

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References

Resources

Author(s)

Rossella Guerrieri es fisióloga de plantas y ecóloga forestal. El principal objetivo de su investigación es comprender cómo varía el funcionamiento de los bosques en relación a grandes cambios antropogénicos y medioambientales.  Después de recibir su doctorado de la Universidad de Basilicata (Italia), realizó investigación en las universidades de Nuevo Hampshire (Estados Unidos) y Edimburgo (Reino Unido) y luego en el CREAF (Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales) en Barcelona (España). Ha participado en actividades de divulgación sobre los bosques y el cambio climático en el Festival de Ciencia de Edimburgo y el Centro de Cultura Contemporánea de Barcelona, entre otros sitios.


Review

El artículo trata sobre las copas de los árboles y su importancia como agentes de cambio atmosférico. La autora describe los objetivos de su propia investigación: comprender la diversidad y la función de los microbios que viven en las hojas de los pinos silvestres y los bosques de haya.

El artículo puede servir como motivación al enseñar temas como el metabolismo celular, las reacciones biológicas, el ciclo del nitrógeno y los ecosistemas en general.

También puede servir como punto de partida para realizar preguntas de comprensión, como por ejemplo:

  • ¿Qué compuestos intervienen en el intercambio entre los árboles y la atmósfera?
  • ¿Cuál es el impacto del dióxido de azufre sobre las plantas?
  • ¿Cómo reducen los árboles la contaminación proveniente de los compuestos de nitrógeno?

El artículo también resulta útil para mostrar la aplicación de las técnicas de identificación bacteriana, en particular los análisis de ADN. De modo general, destaca el entusiasmo por la investigación científica y la pasión de esta investigadora por este nuevo campo de estudio.


Monica Menesini, docente de ciencia, Italia




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