Ciencia y Técnica

07
Oct
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

07
Oct
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

18
Sep
2024

 

El Eureka! en ciencia a veces llega por hacer un experimento ligeramente diferente al resto, un cambio que puede poner patas arriba lo que se creía hasta entonces. Esto es precisamente lo que ha pasado en un artículo que se publica hoy en Nature, y que descubre que, al contrario de lo que se creía, los árboles consumen metano -un gas de efecto invernadero responsable de cerca del 30% del calentamiento global-. La mayoría de estudios suelen medir los flujos de metano en el primer metro del tronco, donde los árboles sí emiten este gas hacia la atmósfera. Pero la clave de esta investigación, liderada por la Universidad de Birmingham y en la que participa el CREAF, es que ha tomado las mediciones a más altura y no solamente cerca del suelo, y observa que, aproximadamente a partir de dos metros, los microorganismos que viven en la corteza absorben mucho más metano del aire del que que se libera a la atmósfera. “En concreto, el potencial de los bosques para absorber metano sería de 24,6-49,9 Tg a escala mundial, una cantidad similar a la que captan los suelos de todo el mundo”, explica Josep Barba, investigador del CREAF y uno de los coautores del artículo. Los resultados también revelan que los bosques que más absorben este gas son los que se encuentran en climas más húmedos y calurosos, como los ecosistemas tropicales, “porque es donde los microorganismos están más activos”, continúa Barba.

Según los investigadores, esta diferencia se debe al papel de las bacterias que habitan la corteza y que utilizan el metano como fuente de energía (las metanotrofas). Estos microorganismos empiezan a consumir metano del exterior a medida que queda menos en el interior del árbol, un hecho que sucede a partir aproximadamente de los dos metros de altura.

A partir de los dos metros, por tanto, queda menos gas en el interior del árbol y los microorganismos lo empiezan a consumir de fuera. “De esta manera, en el cómputo global, se absorbe más de lo que se emite”, destaca Barba.

Un experimento curioso

La investigación se ha llevado a cabo en los bosques tropicales de Panamá y Brasil, que viven en un clima cálido y húmedo; los bosques boreales de Suecia, que crecen en un ambiente frío y con poca lluvia, y los templados de Inglaterra, con un clima intermedio entre los dos anteriores. En estos lugares el equipo ha analizado centenares de árboles de varias especies con una metodología sencilla y curiosa: han ajustado cámaras de medición a los troncos para detectar a tiempo real los gases que se desprenden o se absorben desde la corteza y han tomado mediciones a diferentes alturas. En algunos ejemplares también han extraído muestras de madera del interior para ver la cantidad de gas que contenía y cuánto consumían las bacterias. “Vemos que los que más metano captan son los bosques tropicales, seguidos de los templados y, por último, los boreales. En concreto, los tropicales captan unas 10 veces más que los templados y unas 20 veces más que los boreales”, añade Barba, que ya ha comenzado a recoger muestras en diversos bosques de hayedos, encinares, robledales y pinares de Catalunya.

Los datos también apuntan a que en un mismo bosque hay especies que captan más metano que otras, probablemente debido a diferencias en la propiedades de la madera, como la densidad o el diámetro de los vasos transportadores. “No obstante, no es algo que hayamos analizado en profundidad en este estudio y tendremos que investigar más este aspecto”, explica Barba.

Bosques más valiosos

Este estudio añade valor al rol de los bosques en los planes para mitigar el cambio climático y, en concreto, de acuerdo con los autores, serían un 10% mejor para el clima de lo que se pensaba hasta ahora, porque a la capacidad de almacenar carbono atmosférico, se le sumaría la de absorber metano, “los dos gases que más contribuyen al calentamiento global del planeta”, comenta Barba. En el caso de las estrategias de reforestación, también puede suponer un cambio de visión, ya que en algunos casos los ‘nuevos bosques’ no son muy eficientes en cuanto a sumidero de carbono, porque están conformados por árboles jóvenes con poca biomasa. Sin embargo, en el caso del metano, lo importante no es lo maduro que sea un bosque, sino la superficie de la corteza que interacciona con la atmósfera, “así que a pesar de que los árboles sean jóvenes, si hay muchos, hay mucha superficie de tronco expuesta y el potencial para captar metano de la atmósfera es alta”, explica Barba.

“El Compromiso Mundial contra el Metano, lanzado en 2021 en la cumbre sobre cambio climático COP26, tiene como objetivo reducir las emisiones de metano en un 30% para finales de la década. Nuestros resultados sugieren que la plantación de más árboles y la reducción de la deforestación deben ser partes importantes de cualquier enfoque hacia este objetivo”, concluye Vincent Gauci, investigador de la Universitat de Birmingham y autor principal del estudio.

El estudio lo ha liderado la Universidad de Birmingham en Reino Unido y ha contado con diversas entidades internacionales: la Universidad de Lancaster, el Centro de Medioambiente de Lancaster; la Universidad de Oxford y Open University también en Reino Unido; la Universidad de Arizona en EEUU; la Universidad de Linköping en Suecia; la Universidad Federal de Río de Janeiro en Brasil; el Instituto de investigación Tropical del Smithsonian en Panamá;  la Universidad de Ulm en Alemania y el CREAF en Catalunya (España).

Gauci, V., Pangala, S.R., Shenkin, A. et al. Global atmospheric methane uptake by upland tree woody surfaces. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07592-w

Angela Justamante

Graduada en Biologia (Universitat de València, 2015), màster en Biomedicina (UB, 2016) i Postgrau en Comunicació Científica (Uvic, 2019). Tinc experiència a l'àmbit de la consultoria i l'editorial. La meva passió per la divulgació científica m'ha portat, inevitablement, al CREAF.

CREAF

07
Oct
2024

 

Autoría

Víctor Resco de Dios, Profesor de Ingeniería Forestal y Cambio Global, Universitat de Lleida

Vivimos inmersos en una doble crisis climática y energética, y las plantas eólicas y solares son necesarias para salir del atolladero. Ahora bien, debemos tener presente que estamos hablando de instalaciones industriales a gran escala, no exentas de contrapartidas ecológicas.

La pregunta que abordaremos aquí no es si debemos usar o no estas energías alternativas, sino cómo optimizar su despliegue desde un punto de vista ecológico y qué situaciones debemos evitar.

Pérdidas de biodiversidad

En las últimas décadas, se han acelerado las tasas de extinción de especies. Algunas proyecciones consideran que hasta un millón podrían estar en peligro.

Esto se debe, principalmente, a cómo el cambio de uso y la fragmentación del paisaje desembocan en una pérdida de hábitats. Es decir, a cómo se modifica el territorio de los animales y de las plantas cuando lo que era su casa de repente se urbaniza, se industrializa o se usa con fines mineros o agrícolas.

El cambio climático acelera la pérdida de biodiversidad, pero no es el principal causante.

La transformación de un espacio rural o natural en otro industrial es, precisamente, el tipo de degradación ambiental que más favorece la pérdida de especies.

En este escenario, las instalaciones solares y eólicas provocan la fragmentación de los paisajes, interrumpen los corredores ecológicos, aumentan la mortalidad de muchas especies, rompen muchas de las dinámicas e interacciones ecosistémicas y facilitan procesos erosivos y problemas de avenidas.

¿Queremos aerogeneradores en el 11 % de la superficie forestal?

Este tipo de instalaciones requiere de una gran extensión de terreno. Las plantas fotovoltaicas emplean, de media, 2 hectáreas por megavatio. En el caso de las estaciones eólicas, la proporción asciende hasta las 24 hectáreas por megavatio.

En un país como España, con una potencia eléctrica instalada de 125 GW, se requerirían 3 millones de hectáreas con aerogeneradores, lo que representa algo más del 11 % de la superficie forestal nacional.

Situaciones beneficiosas para todos

La clave yace en no quedarse en el titular, sino en realizar análisis pormenorizados que estudien soluciones particulares para cada caso concreto y que aporten beneficios para todas las partes. En el caso de la energía solar, por ejemplo, podemos lograr situaciones favorables en algunos ambientes áridos.

Se ha documentado cómo la implementación de sistemas agrivoltaicos, que combinan la generación de electricidad con actividades agropecuarias, puede incluso aumentar la productividad agraria. Este es apenas un ejemplo, pero existen muchos más.

También se pueden tomar medidas complementarias y algunos estudios afirman que las instalaciones solares pueden llegar incluso a favorecer la biodiversidad. Por ejemplo, se pueden instalar estructuras como cursos de agua, implantar vegetación seminatural o estructuras irregulares, que crean hábitats para nuevas especies. Aunque estas medidas, lógicamente, aumentan el coste de la explotación, lo que disminuye su probabilidad de implantación a gran escala.

En cualquier caso, se trata de una cuestión sobre la que todavía se está discutiendo activamente en la literatura científica, y aún estamos lejos del consenso.

Inseguridad legislativa

En mayor o menor grado, los problemas se pueden corregir con un diseño adecuado. Pero en un escenario de emergencia climática, la rapidez con la que se están desarrollando las plantas solares y eólicas no garantiza esa implantación sostenible.

Escribo estas líneas cuando se planifican instalaciones solares y eólicas en cabeceras de cuencas, en zonas cruciales para las migraciones de aves, sobre suelos fértiles y un largo etcétera. Al mismo tiempo, la normativa de la Unión Europea está relajando cada vez más los requisitos ambientales y sociales de estas instalaciones, con el fin de promoverlas a gran escala.

El Reglamento sobre la Restauración de la Naturaleza europeo, por ejemplo, considera el despliegue de estas renovables como de interés público y permite que su expansión sirva como excusa para no lograr el objetivo de restauración. En otras palabras, la ley permitiría evitar la restauración de zonas degradadas si en ellas se instalan renovables.

La acción climática no se debe demorar. Es cierto que no podemos incurrir en el retardismo, pero la declaración de “emergencia climática” tampoco debería convertirse en una patente de corso.

Ecomitos y bulos institucionales

El lector que busque saber más sobre este tema a través de internet, se encontrará en primer lugar con páginas de distintas empresas energéticas. La información aportada por estas empresas no siempre es veraz, tal y como explico en el libro Ecomitos: los bulos que agravan la crisis ambiental (Plataforma Actual).

Estudios recientes nos indican que las empresas energéticas no informan sobre los impactos negativos que sus instalaciones renovables ejercen sobre la biodiversidad en un 50 % de los casos. Esta estrategia, basada en la ofuscación y la duda, es reminiscente de las campañas de desinformación que las industrias del tabaco y de los combustibles fósiles han realizado en el pasado.

Por desgracia, el debate actual sobre la energía, al igual que el climático, se basa más en la ideología que en la evidencia. Actualmente, nos encontramos con una guerra entre sectores, dónde cada uno trata de vender lo suyo y pocos miran por el bien común.

Debemos recordar que el enemigo a batir son los combustibles fósiles: ellos son quienes nos están matando a través de la contaminación y los que están cambiando el clima. Cualquier otra opción que no emita, y cuyos impactos negativos podamos controlar, debe ser bienvenida.

En este artículo, solo hemos tratado los efectos directos e inmediatos de la implantación de plantas solares y eólicas sobre la biodiversidad. Pero los impactos ambientales no acaban aquí: estas instalaciones muestran problemas de ecotoxicidad, pueden aumentar el riesgo de incendios, el reciclaje de muchos componentes sigue sin estar resuelto, y la minería requerida para su fabricación es colosal, entre otros problemas.

Por ello, urge cambiar el foco actual, basado en fomentar exclusivamente ciertas energías renovables, por otro más amplio que busque el despliegue de todas las energías limpias. La solar y eólica forman parte de la solución y, aunque debamos potenciarlas en muchos casos, no siempre serán las más adecuadas.

The Conversation

08
May
2024

 

Los autores del estudio, entre los que figuran varios investigadores de la Universidad de Sevilla, han utilizado 1.800 millones de letras de código genético de más de 9.500 especies que cubren casi 8.000 géneros conocidos de plantas con flores.

Un nuevo artículo publicado en la revista Nature por un equipo internacional de 279 científicos, dirigido desde Royal Botanic Gardens en Kew (Reino Unido) y con participación de investigadores de la Universidad de Sevilla, presenta los conocimientos más actualizados sobre el árbol de la vida de las plantas con flores.

El equipo ha utilizado 1.800 millones de letras de código genético de más de 9.500 especies que cubren casi 8.000 géneros conocidos de plantas con flores (aproximadamente el 60%). Este increíble logro arroja nueva luz sobre la historia evolutiva de las plantas con flores y su ascenso hasta el dominio ecológico en la Tierra.

Los autores del estudio creen que los datos ayudarán en futuros intentos de identificar nuevas especies, refinar la clasificación de las plantas, descubrir nuevos compuestos medicinales y conservar las plantas frente al cambio climático y la pérdida de biodiversidad.

El mayor hito para la ciencia vegetal, en el que participaron 138 organizaciones internacionales, se basó en 15 veces más datos que cualquier estudio comparable realizado previamente sobre el árbol de la vida de las plantas con flores.

Entre las especies secuenciadas para este estudio, a más de 800 nunca antes se les había secuenciado el ADN. La enorme cantidad de datos desvelados por esta investigación, que un solo ordenador tardaría 18 años en procesar, es un gran paso hacia la construcción de un árbol de la vida para las 330.000 especies conocidas de plantas con flores, una empresa enorme de la Iniciativa Árbol de la Vida de Kew.

Alexandre Zuntini, investigador del RBG Kew, afirma que “analizar esta cantidad de datos sin precedentes para decodificar la información oculta en millones de secuencias de ADN fue un enorme desafío. Pero también ofreció la oportunidad única de reevaluar y ampliar nuestro conocimiento sobre el árbol vegetal de la vida, abriendo una nueva ventana para explorar la complejidad de la evolución de las plantas”.

El árbol de la vida de plantas con flores, al igual que nuestro propio árbol genealógico, nos permite comprender cómo se relacionan las diferentes especies entre sí. Y se descubre comparando secuencias de ADN entre diferentes especies para identificar cambios (mutaciones) que se acumulan con el tiempo como un registro fósil molecular.

En este estudio, se desarrollaron nuevas técnicas genómicas para capturar magnéticamente cientos de genes y cientos de miles de letras de código genético de cada muestra, órdenes de magnitud que superan los métodos anteriores.

Material antiguo y nuevo

Una ventaja clave del enfoque del equipo es que permite secuenciar una amplia diversidad de material vegetal, antiguo y nuevo, incluso cuando el ADN está muy dañado. Los vastos tesoros de material vegetal seco de las colecciones de herbarios del mundo, que comprenden casi 400 millones de especímenes científicos de plantas, ahora pueden estudiarse genéticamente.

Mediante la utilización de estos especímenes, el equipo secuenció con éxito un espécimen de arena (Arenaria globiflora) recolectado hace casi 200 años en Nepal y, a pesar de la mala calidad de su ADN, pudieron colocarlo en el árbol de la vida. El equipo incluso analizó plantas extintas, como el olivo de la isla Guadalupe (Hesperelaea palmeri), que no se ha visto con vida desde 1875. De hecho, 511 de las especies secuenciadas ya están en riesgo de extinción, según la Lista Roja de la UICN, entre ellas tres más como Hesperelaea que ya están extintas.

El profesor William Baker, líder senior de investigación de Tree of Life, afirma que "en muchos sentidos, este novedoso enfoque nos ha permitido colaborar con los botánicos del pasado aprovechando la riqueza de datos encerrados en especímenes de herbario históricos, algunos de los cuales fueron recopilados ya a principios del siglo XIX".

Según Baker, "ilustres predecesores, como Charles Darwin o Joseph Hooker, no podrían haber previsto la importancia que tendrían estos especímenes en la investigación genómica actual. ¡El ADN ni siquiera fue descubierto durante su vida! Nuestro trabajo muestra cuán importantes son estos increíbles museos botánicos para los estudios innovadores sobre la vida en la Tierra. ¿Quién sabe qué otras oportunidades científicas no descubiertas se encuentran dentro de ellos?”

De las 9.506 especies secuenciadas, más de 3.400 procedían de material custodiado en 163 herbarios de 48 países. El material adicional de colecciones de plantas de todo el mundo (por ejemplo, bancos de ADN, semillas, colecciones vivas) ha sido vital para llenar vacíos de conocimiento clave y arrojar nueva luz sobre la historia de la evolución de las plantas con flores. El equipo también se benefició de datos disponibles públicamente sobre más de 1.900 especies, lo que destaca el valor del enfoque de ciencia abierta para futuras investigaciones genómicas.

Las plantas con flores por sí solas representan alrededor del 90% de toda la vida vegetal conocida en la Tierra y se encuentran prácticamente en todas partes del planeta, desde los trópicos más calurosos hasta los afloramientos rocosos de la Península Antártica. Y, sin embargo, nuestra comprensión de cómo estas plantas llegaron a dominar la escena poco después de su origen ha desconcertado a los científicos durante generaciones, incluido.

Estas plantas floridas se originaron hace más de 140 millones de años, después de lo cual rápidamente superaron a otras plantas vasculares, incluidos sus parientes vivos más cercanos: las gimnospermas (plantas sin flores que tienen semillas desnudas, como las cícadas, las coníferas y el ginkgo).

Iluminando el misterio 'abominable' de Darwin

Darwin quedó desconcertado por la aparición aparentemente repentina de tal diversidad en el registro fósil. En una carta de 1879 a Joseph Dalton Hooker, su confidente más cercano y director de RBG Kew, escribió: “El rápido desarrollo, hasta donde podemos juzgar, de todas las plantas superiores en los últimos tiempos geológicos es un misterio abominable”.

Utilizando 200 fósiles, los autores escalaron su árbol de la vida en el tiempo, revelando cómo evolucionaron las plantas con flores a lo largo del tiempo geológico. Descubrieron que las plantas de floración temprana realmente explotaron en diversidad, dando lugar a más del 80% de los principales linajes que existen hoy en día, poco después de su origen.

Sin embargo, esta tendencia luego disminuyó a un ritmo más constante durante los siguientes 100 millones de años hasta otro aumento en la diversificación hace unos 40 millones de años, coincidiendo con una disminución global de las temperaturas. Estos nuevos conocimientos habrían fascinado a Darwin y seguramente ayudarán a los científicos de hoy a afrontar los desafíos de comprender cómo y por qué se diversifican las especies.

138 organizaciones en 27 países

Montar un árbol de la vida de esta extensión habría sido imposible sin la colaboración entre socios de todo el mundo. En total, 279 autores participaron en la investigación, representando muchas nacionalidades diferentes de 138 organizaciones en 27 países. Incluyen el consorcio Genomics of Australian Plants (GAP), que fueron los primeros en adoptar las técnicas del equipo y trabajaron en estrecha colaboración con Kew para maximizar la cantidad de especies de plantas australianas en el árbol.

El árbol de la vida de las plantas con flores tiene un enorme potencial en la investigación de la biodiversidad. Esto se debe a que, así como se pueden predecir las propiedades de un elemento en función de su posición en la tabla periódica, la ubicación de una especie en el árbol de la vida nos permite predecir sus propiedades. Por tanto, los nuevos datos serán invaluables para mejorar muchas áreas de la ciencia, según los autores.

Además, todo los datos que lo sustentan se han hecho de acceso abierto y gratuito tanto para el público como para la comunidad científica. Esta apertura también ayudará a los científicos a hacer el mejor uso de los datos, como combinarlos con inteligencia artificial para predecir qué especies de plantas pueden incluir moléculas con potencial medicinal.

De manera similar, se puede utilizar para comprender y predecir mejor cómo las plagas y enfermedades afectarán a las plantas de nuestro entorno en el futuro. En última instancia, señalan los autores, las aplicaciones de estos datos estarán impulsadas por el ingenio de los científicos que accedan a ellos.

Referencia: Zuntini, A.R., Carruthers, T., Maurin, O. et al. "Phylogenomics and the rise of the angiosperms". Nature.

Fuente: US

SINC

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