El cambio climático puede alterar las relaciones simbióticas entre microorganismos y árboles

Un mapeo a cargo de un consorcio internacional revela la distribución global de estas asociaciones entre especies, esenciales para los ecosistemas forestales. El estudio apareció destacado en la portada de Nature

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – En el suelo de los bosques, algunas especies de hongos y de bacterias se asocian con las raíces de los árboles para crecer con éstos, de manera tal de obtener beneficios mutuos. Los microorganismos ayudan a las plantas a absorber agua y nutrientes del suelo, a secuestrar carbono y a resistir contra los efectos de los cambios climáticos. A cambio, reciben los hidratos de carbono esenciales para su desarrollo, elaborados por los árboles durante la fotosíntesis.

En el marco de una colaboración de más de 200 científicos de diversos países, entre los cuales hubo 14 investigadores de Brasil, se mapeó la distribución global de estas asociaciones entre organismos de especies distintas (simbiosis), fundamentales para el funcionamiento de los ecosistemas forestales. Con base en dicho mapeo, fue posible identificar factores que determinan dónde pueden surgir distintos tipos de simbiosis, y estimar los impactos de los cambios climáticos sobre dichas relaciones simbióticas y, por consiguiente, sobre el crecimiento de los árboles en los bosques.

Si las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) prosiguen sin alteraciones hasta 2070, puede concretarse una merma del 10% de las especies de árboles que se asocian a un tipo de hongos hallados fundamentalmente en las zonas más frías del planeta, según estimaron los científicos.

Este trabajo, destacado en la portada de la revista Nature, contó con la participación de los investigadores brasileños Carlos Joly y Simone Aparecida Vieira, ambos docentes de la Universidad de Campinas (Unicamp) y miembros de la coordinación del Programa de Investigaciones en Caracterización, Conservación, Restauración y Uso Sostenible de la Biodiversidad (BIOTA-FAPESP). También participó Luciana Ferreira Alves, quien actualmente se desempeña en la Universidad de California en Los Ángeles, Estados Unidos.

“Ya se sabía que la asociación entre microorganismos y raíces es fundamental para que algunos grupos de árboles logren establecerse en regiones donde el suelo es muy pobre y los nutrientes son liberados lentamente debido a la descomposición de la materia orgánica. Pero este mapeo permite entender cómo se encuentran distribuidas en el planeta estas relaciones y los factores que las definen”, declaró Vieira a Agência FAPESP.

Los científicos se abocaron a mapear tres de los tipos más comunes de simbiosis: con hongos micorrízicos arbusculares, con hongos ectomicorrízicos y con bacterias fijadoras de nitrógeno. Cada una de estas interacciones abarca a miles de especies de hongos o bacterias, que forman asociaciones únicas con distintas especies de árboles.

Hace 30 años, el botánico inglés David Read, docente de la University of Sheffield, en Inglaterra, y pionero en las investigaciones sobre simbiosis, confeccionó mapas de lugares del mundo en donde estimaba que podrían hallarse distintos tipos de hongos simbióticos, con base en los nutrientes que los mismos explotan para permitir el crecimiento de las plantas.

Los hongos ectomicorrízicos, por ejemplo, obtienen el nitrógeno destinado a los árboles directamente en la materia orgánica: en las hojas en descomposición. Por este motivo, Read planteó que esos microorganismos tendrían más éxito en los bosques con climas estacionales, más fríos y secos, donde la descomposición en razón de la temperatura y la humedad es más lenta y la hojarasca –la capa de restos de plantas– resulta abundante.

Los hongos micorrízicos arbusculares, a su vez, serían dominantes en las selvas tropicales, en las cuales el crecimiento de los árboles se ve limitado por el fósforo del suelo y los climas estacionales cálidos y húmedos aumentan la descomposición.

Más recientemente, en el marco de un estudio realizado por otro grupo de científicos se estimó que las bacterias fijadoras de nitrógeno serían más abundantes en los biomas áridos, con suelos alcalinos y altas temperaturas máximas.

Estas hipótesis pudieron ponerse a prueba ahora, con la recolección de datos de una gran cantidad de árboles en diversas partes del planeta, material reunido por la Global Forest Biodiversity Initiative (GFBI), un consorcio internacional de científicos forestales.

Este consorcio está integrado  también −junto a Joly y Vieira− por Pedro Henrique Santin Brancalion y Ricardo Gomes César, ambos de la Universidad de São Paulo (USP), Gabriel Dalla Colletta, de la Unicamp, Daniel Piotto, de la Universidad Federal del Sur de Bahía (UFSB), André Luis de Gasper, de la Universidad Regional de Blumenau (FURB), Jorcely Barroso y Marcos Silveira, de la Universidad Federal de Acre (UFAC), Iêda Amaral y Maria Teresa Piedade, del Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonia (Inpa, en portugués), Beatriz Schwantes Marimon, de la Universidad del Estado de Mato Grosso (Unemat), y Alexandre Fadigas de Souza, de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte (UFRN).

Durante los últimos años, los científicos vinculados al GFBI realizaron inventarios de más de 1.100.000 parcelas permanentes de bosques, que abarcan 28 mil especies de árboles de más de 70 países, situadas en todos los continentes, con excepción de la Antártida.

Los inventarios reúnen informaciones tales como la composición del suelo, la topografía, la temperatura y la evolución del carbono fijado en esas parcelas permanentes de bosques en el transcurso de grandes períodos de tiempo.

“Las parcelas inventariadas por los científicos vinculados al BIOTA-FAPESP se ubican en el Bosque Atlántico y abarcan áreas del litoral norte del estado de São Paulo, tales como Caraguatatuba, Picinguaba, Cunha y Santa Virgínia, y del litoral sur, como Carlos Botelho e Ilha do Cardoso”, dijo Joly. “También inventariamos un conjunto significativo de terrenos en la Amazonia, en el marco de proyectos realizados en colaboración con otros grupos.”

Con base en ese conjunto de inventarios, los investigadores lograron estimar la localización de 31 millones de árboles distribuidos por el mundo, como así también los hongos o las bacterias simbióticos que se encuentran asociados a los mismos. Con un programa de computadora (algoritmo), fue posible determinar de qué manera influyen distintas variables relacionadas con el clima, la química del suelo, la vegetación y la topografía sobre la prevalencia de cada simbiosis.

Los resultados de los análisis sugirieron que las variables climáticas asociadas con la descomposición de la materia orgánica, tales como la temperatura y la humedad, constituyen los principales factores que influyen sobre las simbiosis de los hongos micorrízicos arbusculares y ectomicorrízicos. En tanto, las simbiosis de bacterias fijadoras de nitrógeno se ven limitadas probablemente por la temperatura y acidez del suelo.

“Cualquier cambio que pueda ocurrir en el clima del hemisferio norte puede desplazar a los hongos ectomicorrízicos hacia otras regiones, y con ello generar una pérdida o una disminución muy grande de la densidad de esas relaciones simbióticas”, dijo Vieira.

“Esto puede tener efectos sobre el ciclo de nutrientes y, fundamentalmente, sobre la fijación de carbono, que depende de esa asociación simbiótica para que la vegetación boscosa pueda absorber nutrientes poco disponibles o que no se encuentran en la forma necesaria”, afirmó.

El efecto de los cambios climáticos

Con el fin de estimar la vulnerabilidad de los patrones globales de simbiosis a los cambios climáticos, los científicos se valieron de este mapeo para prever cómo podrían alterarse las mismas desde ahora y hasta 2070 si las emisiones de dióxido de carbono permanecen como están.

Las proyecciones indicaron una merma del 10% de los hongos ectomicorrízicos y, por consiguiente, de la abundancia de árboles asociados a estos hongos, que corresponden al 60% de las especies arbóreas.

Los investigadores advierten que esta pérdida podría transportar más CO₂ hacia la atmósfera, pues esos hongos tienden a incrementar la cantidad de carbono almacenado en el suelo.

“El CO₂ limita la fotosíntesis y, en principio, su aumento en la atmósfera puede tener un efecto fertilizante. Las especies de plantas que crecen más rápido quizá logren aprovechar mejor ese aumento de la disponibilidad de CO₂ en la atmósfera que aquéllas que crecen más lentamente. De este modo, podría haber una selección de especies. Pero aún no existe una respuesta a esta pregunta”, dijo Joly.

Otra pregunta que los científicos procuran responder es la relativa a cuál sería el impacto sobre el desarrollo de las plantas a causa de la interacción por el aumento de la disponibilidad de CO₂ en la atmósfera, debido a la elevación de la temperatura del planeta. Con el aumento de la temperatura, las plantas deberán gastar más recursos con la respiración, que aumentará más que la tasa de fotosíntesis. El saldo de este balance en el crecimiento de la vegetación aún no está claro, según sostienen los investigadores.

“Estos interrogantes, concernientes a las selvas tropicales, permanecen abiertos. El monitoreo continuo de parcelas permanentes de bosques nos ayudará a responderlos”, dijo Joly.

Puede leerse el artículo intitulado Climatic controls of decomposition drive the global biogeography of forest-tree symbioses (DOI: 10.1038/s41586-019-1128-0), de B. S. Steidinger, T. W. Crowther, J. Liang, M. E. Van Nuland, G. D. A. Werner, P. B. Reich, G. Nabuurs, S. de-Miguel, M. Zhou, N. Picard, B. Herault, X. Zhao, C. Zhang, D. Routh, GFBI consortium y K. G. Peay, en la revista Nature, en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41586-019-1128-0.