Un estudio internacional con participación del CSIC demuestra que, a diferencia de lo que se creía, las zonas secas y pastoreadas son reservorios de diversidad vegetal. Esta incluso puede aumentar con la aridez. La flora de estos ecosistemas inhóspitos desarrolla estrategias únicas de adaptación para asegurar su supervivencia.

Cuatro institutos del CSIC han participado en la primera investigación mundial sobre la diversidad fenotípica y funcional de las plantas en zonas áridas y pastoreadas. Tras analizar más de 1.300 conjuntos de observaciones de más de 300 especies de plantas, los resultados muestran que las plantas de las zonas áridas adoptan diferentes estrategias de adaptación y que, sorprendentemente, esta diversidad aumenta con los niveles de aridez.

Este estudio, publicado en la revista Nature, arroja nueva luz sobre nuestra comprensión de la adaptación de las plantas a hábitats extremos, la colonización histórica de las plantas en ambientes terrestres y su capacidad para responder a los cambios globales.

Investigadores e investigadoras del Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNAS), el Instituto de Ciencias Agrarias (ICA), el Instituto Pirenaico de Ecología (IPE) y la Misión Biológica de Galicia (MBG) han formado parte de equipos científicos integrados por 120 investigadores de 27 países que, durante ocho años, han analizado cientos de parcelas en zonas áridas de los seis continentes para comprender cómo las plantas que se encuentran en este tipo de ecosistemas se han adaptado a hábitats extremos.

Los resultados señalan que el aislamiento de estas plantas en las zonas más áridas del planeta parece reducir la competencia entre especies y, como consecuencia, se genera una diversidad de formas y funciones única a nivel mundial que llega a ser el doble de la diversidad encontrada en zonas más templadas.

La importancia de las zonas áridas

La Tierra alberga una diversidad de plantas con formas y funciones muy variadas. Esta extraordinaria diversidad morfológica, fisiológica y bioquímica determina cómo las plantas se adaptan y responden a los cambios globales en curso, con importantes consecuencias para el funcionamiento de los ecosistemas.

Sin embargo, el 90% del conocimiento actual sobre la diversidad funcional de las plantas se refiere únicamente a ecosistemas agrícolas y zonas templadas. Por el contrario, las zonas áridas, que representan el 45% de la superficie de la Tierra, siguen estando subrepresentadas en los datos. Estas importantes zonas se encuentran amenazadas por el aumento de la aridez, la presión del pastoreo y la desertificación.

Ante esta situación, los expertos y expertas señalan la necesidad de comprender cómo responden las plantas a tales presiones antes de poder establecer la posible evolución futura de estos frágiles ecosistemas en términos de biodiversidad y funcionamiento. Para satisfacer esta urgente necesidad, un equipo internacional ha llevado a cabo la primera investigación mundial sobre la diversidad funcional de las plantas en zonas áridas.

Después de desarrollar un protocolo de muestreo estandarizado, el personal científico recolectó y procesó muestras de 301 especies de plantas encontradas en 326 parcelas representativas de todos los continentes (excepto la Antártida) para caracterizar la diversidad funcional de estas zonas, dando lugar a un total de 1347 conjuntos completos de observaciones de rasgos.

Se prestó especial atención a la diversidad de elementos químicos y oligoelementos (como nitrógeno, fósforo, calcio, magnesio y zinc) que se encuentran en las plantas, ya que estos rasgos, a menudo no registrados, ejercen una fuerte influencia en su funcionamiento. En total, el estudio incluyó más de 130.000 mediciones de rasgos de plantas individuales.

El aislamiento genera diversidad

Una hipótesis clave al inicio del estudio fue que la aridez reduce la diversidad de plantas a través de la selección, dejando sólo aquellas especies capaces de tolerar la escasez extrema de agua y el estrés por calor.

Sin embargo, este estudio reveló que ocurre lo contrario en los pastizales más áridos del planeta, donde las plantas exhiben una amplia gama de estrategias de adaptación individuales.

“Estos resultados cuestionan el paradigma de que los ambientes abióticos severos seleccionen un conjunto limitado de valores de rasgos y reduzcan la diversidad”, señala César Plaza, coautor del estudio.

Por ejemplo, algunas plantas han desarrollado niveles elevados de calcio, fortaleciendo las paredes celulares como protección contra la desecación. Otras contienen altas concentraciones de sal, lo que reduce la transpiración.

Aunque se observan menos especies a escala local que en otras regiones del planeta (en zonas templadas o tropicales), las plantas en zonas áridas muestran una extraordinaria diversidad de formas, tamaños y funcionamiento, el doble que en zonas climáticas más templadas.

Este aumento en la diversidad de rasgos se produce abruptamente en el punto en que los volúmenes de lluvia caen por debajo del umbral anual de 400 mm. Este es también el umbral establecido para una disminución pronunciada de la cubierta vegetal y la aparición de grandes superficies de suelo desnudo.

Para explicar este fenómeno, los autores del estudio sugieren que la pérdida de cubierta vegetal conduce al "síndrome de soledad de las plantas", donde un mayor aislamiento y una menor competencia por los recursos producen altos grados de singularidad de rasgos y diversidad funcional que son globalmente excepcionales.

Esta diversidad adaptativa podría reflejar igualmente historias evolutivas complejas que se remontan a la colonización inicial de hábitats terrestres por plantas hace más de 500 millones de años, cuando estos hábitats presentaban condiciones extremas para los organismos vivos.

“Este estudio revela la importancia de las zonas áridas como reservorio global de diversidad funcional de las plantas”, concluye Manuel Delgado-Baquerizo, investigador del IRNAS y coautor del estudio

Referencia:

Gross, N et al. "Unforeseen plant phenotypic diversity in a dry and grazed world". Nature, 2024

Fuente: CSIC

SINC

01 Noviembre 2024

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FAO

José Miguel Sierra

01 Noviembre 2024

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

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07 Octubre 2024