Fecha:

21 de octubre de 2024

Fuente: DOE/Laboratorio Nacional de Oak Ridge

Resumen:

Las plantas de todo el mundo están absorbiendo alrededor de un 31% más de dióxido de carbono de lo que se pensaba, según una nueva evaluación. Se espera que la investigación mejore las simulaciones del sistema terrestre que los científicos utilizan para predecir el clima futuro, y destaca la importancia del secuestro natural de carbono para la mitigación de gases de efecto invernadero.

HISTORIA COMPLETA

Las plantas de todo el mundo están absorbiendo alrededor de un 31% más de dióxido de carbono de lo que se pensaba, según una nueva evaluación desarrollada por científicos. Se espera que la investigación, detallada en la revista Nature, mejore las simulaciones del sistema terrestre que los científicos utilizan para predecir el clima futuro, y destaca la importancia del secuestro natural de carbono para la mitigación de gases de efecto invernadero.

La cantidad de CO2 expulsados de la atmósfera a través de la fotosíntesis de las plantas terrestres se conoce como Producción Primaria Bruta Terrestre, o GPP. Representa el mayor intercambio de carbono entre la tierra y la atmósfera del planeta. El GPP se cita típicamente en petagramos de carbono por año. Un petagrama equivale a 1.000 millones de toneladas métricas, que es aproximadamente la cantidad de CO2 emitidos cada año por 238 millones de vehículos de pasajeros a gasolina.

Un equipo de científicos dirigido por la Universidad de Cornell, con el apoyo del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, utilizó nuevos modelos y mediciones para evaluar el GPP de la tierra en 157 petagramos de carbono por año, frente a una estimación de 120 petagramos establecida hace 40 años y que se utiliza actualmente en la mayoría de las estimaciones del ciclo del carbono de la Tierra. Los resultados se describen en el artículo, "Fotosíntesis terrestre inferida a partir de la absorción de sulfuro de carbonilo de plantas".

Los investigadores desarrollaron un modelo integrado que rastrea el movimiento del compuesto químico sulfuro de carbonilo, u OCS, desde el aire hasta los cloroplastos de las hojas, las fábricas dentro de las células vegetales que llevan a cabo la fotosíntesis. El equipo de investigación cuantificó la actividad fotosintética mediante el seguimiento de OCS. El compuesto sigue en gran medida el mismo camino a través de una hoja que el CO2, está estrechamente relacionado con la fotosíntesis y es más fácil de rastrear y medir que el CO2 difusión. Por estas razones, el OCS se ha utilizado como un proxy de la fotosíntesis a nivel de planta y hoja. Este estudio demostró que el OCS es muy adecuado para estimar la fotosíntesis a gran escala y durante largos períodos de tiempo, lo que lo convierte en un indicador fiable de la PPB mundial.

El equipo utilizó datos de plantas de una variedad de fuentes para informar el desarrollo del modelo. Una de las fuentes fue la base de datos LeafWeb, establecida en el ORNL en apoyo del Área de Enfoque Científico de la Ciencia de los Ecosistemas Terrestres del DOE, o TES-SFA. LeafWeb recopila datos sobre los rasgos fotosintéticos de científicos de todo el mundo para respaldar el modelado del ciclo del carbono. Los científicos verificaron los resultados del modelo comparándolos con datos de alta resolución de torres de monitoreo ambiental en lugar de observaciones satelitales, que pueden verse obstaculizadas por las nubes, particularmente en los trópicos.

La clave para la nueva estimación es una mejor representación de un proceso llamado difusión del mesófilo, cómo el OCS y el CO2 Pasar de las hojas a los cloroplastos donde se produce la fijación de carbono. Comprender la difusión del mesófilo es esencial para determinar la eficiencia con la que las plantas realizan la fotosíntesis, e incluso cómo podrían adaptarse a entornos cambiantes.

Lianhong Gu, coautor, experto en fotosíntesis y distinguido científico de la División de Ciencias Ambientales del ORNL, ayudó a desarrollar el modelo de conductancia mesófila del proyecto, que representa numéricamente la difusión de OCS en las hojas, así como la relación entre la difusión de OCS y la fotosíntesis.

"Calcular la cantidad de CO2 que las plantas arreglan cada año es un enigma en el que los científicos han estado trabajando durante un tiempo", dijo Gu. "La estimación original de 120 petagramos por año se estableció en la década de 1980, y se mantuvo mientras tratábamos de descubrir un nuevo enfoque. Es importante que tengamos un buen manejo de la GPP global, ya que esa absorción inicial de carbono en la tierra afecta al resto de nuestras representaciones del ciclo del carbono de la Tierra".

"Tenemos que asegurarnos de que los procesos fundamentales en el ciclo del carbono estén adecuadamente representados en nuestros modelos a mayor escala", agregó Gu. "Para que esas simulaciones a escala terrestre funcionen bien, deben representar la mejor comprensión de los procesos en funcionamiento. Este trabajo representa un gran paso adelante en términos de proporcionar un número definitivo".

Las selvas tropicales pantropicales representaron la mayor diferencia entre las estimaciones anteriores y las nuevas cifras, un hallazgo que fue corroborado por las mediciones terrestres, dijo Gu. El descubrimiento sugiere que las selvas tropicales son un sumidero natural de carbono más importante de lo que se estimaba previamente utilizando datos satelitales.

Comprender cuánto carbono se puede almacenar en los ecosistemas terrestres, especialmente en los bosques con sus grandes acumulaciones de biomasa en la madera, es esencial para hacer predicciones sobre el cambio climático futuro.

"Concretar nuestras estimaciones de GPP con observaciones fiables a escala global es un paso crítico para mejorar nuestras predicciones del CO futuro2 en la atmósfera, y las consecuencias para el clima global", dijo Peter Thornton, miembro corporativo y líder de la Sección de Ciencias de los Sistemas Terrestres en ORNL.

Los resultados de este estudio apuntan a la importancia de incluir procesos clave, como la conductancia del mesófilo, en las representaciones de los modelos de fotosíntesis. Los Experimentos de Ecosistemas de Próxima Generación en los Trópicos del DOE tienen el objetivo de avanzar en las predicciones de los modelos de respuesta del ciclo del carbono de los bosques tropicales al cambio climático. Estos resultados pueden servir de base para el desarrollo de nuevos modelos que reduzcan la incertidumbre en las predicciones de la GPP de los bosques tropicales.

Además de la Escuela de Ciencias Vegetales Integrativas de Cornell, otros colaboradores en el proyecto fueron la Universidad de Wageningen e Investigación de los Países Bajos, la Institución Carnegie para las Ciencias, la Universidad Estatal de Colorado, la Universidad de California en Santa Cruz y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

El apoyo provino de Cornell, la Fundación Nacional de Ciencias y el ORNL TES-SFA, patrocinado por el programa de Investigación Biológica y Ambiental de la Oficina de Ciencia del DOE.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por el DOE/Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

Referencia de la revista: Jiameng Lai, Linda M. J. Kooijmans, Wu Sun, Danica Lombardozzi, J. Elliott Campbell, Lianhong Gu, Yiqi Luo, Le Kuai, Ying Sun. Fotosíntesis terrestre inferida a partir de la absorción de sulfuro de carbonilo de las plantas. Naturaleza, 2024; DOI: 10.1038/s41586-024-08050-3

Citar esta página: MLA APA Chicago

DOE/Laboratorio Nacional de Oak Ridge. "La absorción de CO2 de las plantas aumenta en casi un tercio en las nuevas estimaciones mundiales". CienciaDiaria. ScienceDaily, 21 de octubre de 2024. <www.sciencedaily.com/Lanzamientos/2024/10/241021145729.htm>.

Science Daily

01 Noviembre 2024

Autoría

Marino Bañón Arnao, Catedrático de Fisiología Vegetal. Fitohormonas y estrés. Fitoquímica y salud, Universidad de Murcia

Las nuevas normativas de la Unión Europea (UE) sobre fertilizantes y agentes fitosanitarios (plaguicidas o pesticidas) son y serán cada vez más restrictivas con el afán de minimizar el uso de componentes no naturales aplicados en agricultura. Sin embargo, este objetivo global y loable choca recurrentemente con los esfuerzos por parte del agricultor por obtener cosechas más abundantes y productos de mayor calidad.

La agronomía intensiva se ha basado hasta ahora en el principio de “mucho, más y mejor”, utilizando las valiosas herramientas agroquímicas que han venido desarrollándose desde la revolución verde, o sea, en los últimos 50-60 años.

Pero la nueva revolución biológica o natural de la agronomía, la agronomía regenerativa, ha venido para quedarse. Esta ha de ser capaz de producir alimentos vegetales aplicando la regla de “natural, seguro, abundante y de calidad”.

Para ello, de forma gradual, se deben introducir distintas estrategias encaminadas a la reducción progresiva del uso de fitosanitarios de síntesis, la optimización de fertilizantes seguros, el cuidado del suelo y su rizobioma –las raíces y microoganismos–, junto a la aplicación de maquinaria y tecnología inteligente. Todo ello para alcanzar el fin irrenunciable de toda actividad agrícola que es la producción rentable y medioambientalmente sostenible.

Microorganismos, feromonas y nanopartículas

La mayoría de los estudios financiados por la UE incluyen en sus recomendaciones el uso de productos alternativos a los plaguicidas de síntesis química. La principal apuesta son los llamados agentes de biocontrol, esto es, la lucha biológica a través de organismos que compiten y controlan las plagas o enfermedades.

También se apuesta por el uso de feromonas y de fungicidas e insecticidas formulados en nanopartículas.

A la vez, se constata que el control de las plagas con estos agentes biológicos es más compleja y requiere estrategias múltiples coordinadas, con resultados más o menos satisfactorios frente a los tratamientos convencionales.

No obstante, gracias a la I+D pública y privada, se están consiguiendo importantes avances en la obtención de plaguicidas orgánicos que combatan las plagas y enfermedades y de fertilizantes inteligentes que mejoren la utilización de abonos y sus rendimientos, minorizando la liberación e incorporación de los fertilizantes a la atmósfera, los acuíferos y los ríos.

Microorganismos y compuestos naturales

En este nuevo reto hacia una agricultura regenerativa y ecológica, más natural y segura, la comercialización y aplicación de bioestimulantes de origen natural va siendo cada vez más amplia. Estos bioagentes suelen ser de dos tipos: microorganismos autorizados (actualmente cuatro cepas bacterianas) y compuestos naturales extraídos de plantas, algas o fermentados biológicos, principalmente.

En ambos casos, la normativa de la EU claramente establece que se exigirá certificación de funcionalidad, aportando datos científicos contrastados de sus efectos beneficiosos en las plantas.

Por ahora, esta exigencia es muy tenue y apenas se aportan datos con rigor de las presuntas acciones beneficiosas de los bioestimulantes comercializados. Así, son las campañas de marketing de las grandes compañías agroquímicas y las recomendaciones de los agrónomos las que dirigen su consumo y aplicación.

Funciones de la melatonina en plantas

La melatonina, un compuesto natural presente en todos los organismos, presenta un papel multirregulador en plantas. Estimula procesos como la germinación de semillas, la fotosíntesis, el crecimiento y el enraizamiento, inhibiendo la senescencia de hojas y regulando la maduración y senescencia de los frutos.

Además, la melatonina incrementa considerablemente la tolerancia vegetal a estreses bióticos (bacterias, hongos y virus) y abióticos por déficit hídrico, temperaturas extremas, salinidad, contaminantes, etc. Estos aspectos tienen un alto interés en su aplicación en semilleros y en el campo.

En poscosecha, la melatonina induce, generalmente, un retraso en los procesos de maduración y senescencia de los frutos, pudiendo ser un compuesto natural de interés comercial.

Como contraprestación al uso de sustancias químicas, y atendiendo a las necesidades de la normativa europea, nuestro grupo de investigación ha desarrollado un producto natural a partir de plantas ricas en fitomelatonina llamado Phytomel-Agro (PTMA).

Efectos en el crecimiento y resistencia a patógenos

Este preparado se presenta como un extracto natural, bioestimulador y fitoprotector para el mejoramiento en el desarrollo de las plantas y la postcosecha.

Nuestros estudios previos han demostrado las excelentes propiedades funcionales de estos extractos ricos en fitomelatonina. Inhiben las pérdidas de clorofilas durante la senescencia y activan el crecimiento en plantas durante su desarrollo, y también en postcosecha, de brócoli, tomate, albaricoques y patata.

En tratamientos sobre semilleros de brócoli los datos muestran un incremento en producción y calidad, con mejor desarrollo radicular y foliar. Además, tenemos resultados positivos en otras plantas como lechuga, pimiento, melón, sandía, leguminosas (soja, lenteja, lupino, etc.) y cereales (trigo, cebada, arroz, etc.). También en frutas como melocotón, ciruela, fresa, cereza, plátano, uva, pera, manzana y tropicales.

Respecto a su potencial fitosanitario, se tienen datos positivos frente a distintos patógenos y enfermedades como Botrytis (tomate, fresa, lirio, manzana), Aspergillus (pistacho), Penicillium (cítricos, altramuz) y Fusarium (banana, pepino), y en virus como el virus mosaico del tomate, el virus del tronco del manzano y el virus del rayado del arroz.

Es de destacar que estos extractos ricos en fitomelatonina, además de adecuarse a la vigente normativa europea como bioestimulantes naturales, pueden actuar de forma sinérgica con otros plaguicidas habituales. Ayudan a reducir su aplicación al potenciar la respuesta inmune natural de las plantas.

Mejoras en la asimilación de nutrientes

Además, se tienen datos de sus excelentes cualidades como reguladores del metabolismo primario y secundario de las plantas, optimizando los recursos nutricionales, especialmente la asimilación de nitrógeno, fósforo y azufre.

Así, estos extractos ricos en fitomelatonina deberían ser más estudiados y considerados como un posible recurso para aumentar la eficiencia en la absorción del nitrógeno por las plantas, especialmente en las simbióticas. También es importante estudiar el efecto de estos extractos naturales sobre la rizosfera y su microbiota, sobre los que ya existen algunos datos prometedores.

Por tanto, la aplicación de bioestimulantes que optimicen la asimilación de fertilizantes, junto al uso de fertilizantes inteligentes y mejoras en la gestión del riego, permiten al agricultor minimizar los gastos en insumos y conseguir una gestión sostenible que tenga en cuenta los cuidados del suelo y el menor uso de plaguicidas, sin renunciar a componentes de rentabilidad para sus cultivos.

The Conversation

The Conversation

07 Octubre 2024

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FAO

José Miguel Sierra

01 Noviembre 2024

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han participado en un estudio internacional, publicado en Nature, que analiza cómo esta corriente ha influido de manera determinante en el clima europeo durante más de 700 años provocando eventos extremos como incendios, epidemias o inundaciones.

Las corrientes de chorro o jetstream son bandas concentradas de vientos en la parte superior de la atmósfera que fluye alrededor de la Tierra en ambos hemisferios. Su localización no es fija, sino que varía en función de los cambios en la posición y la intensidad de sistemas de altas y bajas presiones. Éstas corrientes pueden cambiar su curso, desplazarse hacia el norte o hacia el sur así como aumentar su sinuosidad, asemejándose en algunas ocasiones a una corriente que fluye rápidamente y a un río lento y serpenteante en otras.

Pero, ¿qué relación tiene esto con el clima y por qué son tan importantes estas corrientes? La respuesta está en un trabajo liderado por investigadores de la Universidad de Arizona (EE UU) y que ha demostrado que una de ellas, concretamente la corriente de chorro polar del hemisferio norte, ha estado relacionada con la ocurrencia de fenómenos extremos en Europa durante más de 700 años.

“Durante los meses de verano, algunas configuraciones dominantes de la corriente de chorro polar dan lugar a un clima extremo y opuesto entre el noroeste y el sudeste de Europa, generando un patrón espacial que recibe el nombre de 'dipolo climático'”, explica Isabel Dorado Liñán, investigadora de la Universidad Politécnica de Madrid y una de las coautoras de este trabajo.

“Estos dipolos climáticos afectan de forma directa a sistemas naturales como los bosques, que crecen más de lo normal en un lado del dipolo mientras reducen su crecimiento en el otro”, explica en referencia a los resultados de un artículo que publicaron en 2022 en la revista Nature Communications.

"Cuando la corriente de chorro está en una posición más norte, tenemos condiciones más frías y húmedas en las Islas Británicas y condiciones más cálidas y secas en el Mediterráneo y los Balcanes", explicó Ellie Broadman, ex investigadora postdoctoral en el Laboratorio de Tree-Ring Research de la Universidad de Arizona y coautora de este trabajo. "Un ejemplo del impacto la hemos presenciando recientemente, con las inundaciones catastróficas en Europa central", añade.

Por el contrario, cuando la corriente de chorro polar migra más al sur, da lugar a veranos menos cálidos y más húmedos en el sureste de Europa, mientras que el noroeste experimenta conficiones más cálidas y secas.

Anillos de crecimiento de los árboles

Pero, ¿hasta qué punto las corrientes de chorro han sido históricamente responsables de fenómenos extremos climáticos, económicos y sociales en Europa? ¿El impacto es diferente ahora debido al cambio climático antropogénico o ha sido así durante siglos? Esa fue la pregunta que se hicieron los investigadores y, para dar respuesta, realizaron una estimación indirecta empleando muestras de anillos de crecimiento de árboles centenarios y milenarios de diferentes regiones de Europa.

“La posición de la corriente de chorro puede estimarse con datos climáticos existentes, pero estos se extienden, en el mejor caso, hasta principios del siglo XX. Para poder evaluar la influencia que ha tenido la variación en la posición de la corriente de chorro en el clima a largo plazo primero tuvimos que reconstruir los desplazamientos de la corriente de chorro polar sobre Europa”, explica Dorado.

Ello es posible porque cada año, los árboles añaden un anillo que registra las condiciones ambientales, y por tanto las climáticas, durante su formación. Al analizar los anillos de crecimiento de los árboles, los dendrocronólogos pueden compilar un archivo del clima pasado. Así, los investigadores vincularon los anillos de crecimiento de tres regiones de Europa con los desplazamientos de la banda de vientos atmosféricos a muchos kilómetros de altura a través de los cambios que esos desplazamientos producen en la temperatura a nivel de superficie.

“Descubrimos que los desplazamientos de la corriente de chorro muy al norte o muy al sur de su posición habitual durante el verano han estado históricamente asociados con una serie de impactos ecológicos, económicos y sociales como los incendios forestales, el rendimiento y la calidad de los cultivos y sus productos derivados como el vino y las epidemias”, explica Dorado. “Dado que estos impactos están relacionados con las condiciones climáticas de la superficie, esto demuestra como la corriente en chorro polar ha influido en el clima estival en la superficie terrestre los últimos 700 años y, en consecuencia, en la sociedad”.

Por poner ejemplos concretos, “las epidemias ocurrieron con mayor frecuencia en las Islas Británicas cuando la corriente en chorro estaba más al norte, ya que, dado que los veranos eran húmedos y fríos, la gente permanecía en casa y las condiciones eran más propicias para la propagación de enfermedades” explica Valerie Trouet, coautora del artículo y profesora en la Universidad de Arizona.  “Otro ejemplo destacado es el de la peste negra, que asoló Irlanda entre 1348 y 1350, cuando la corriente de chorro se encontraba en una posición extrema, en el extremo norte de Europa”.

Los investigadores también constataron que, históricamente, los incendios forestales en los Balcanes fueron más frecuentes cuando la corriente de chorro estaba en esa posición norte que crea condiciones secas y cálidas, algo que también se ha visto este pasado verano.

¿Qué pasará en el futuro?

Y es que, parte de la relevancia de este trabajo radica en que sus resultados se pueden aplicar también a los posibles impactos futuros del cambio climático si se conoce la evolución de la posición de la corriente de chorro.

“La relación a largo plazo entre la posición latitudinal de la corriente de chorro polar y los fenómenos extremos en Europa también proporciona un contexto para las condiciones actuales y define los tipos de extremos que podríamos experimentar bajo un calentamiento global continuo. Por ejemplo, nuestros resultados sugieren que, si como describen algunos estudios, la posición promedio de la corriente de chorro se desplaza hacia el norte como resultado del calentamiento global, los rendimientos de los cultivos probablemente se reducirían en ambos lados del dipolo”, asegura Trouet.

En el trabajo han participado investigadores de 12 países y se ha llevado a cabo bajo el paraguas de un proyecto de investigación del prestigioso programa CAREER_Grant de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de Estados Unidos de América, otorgado a Valerie Trouet.

Referencia:

Isabel Dorado-Liñán et al. "Jet stream position explains regional anomalies in European beech forest productivity and tree growth". Nature Communications 

Fuente: UPM

SCINC

07 Octubre 2024