Quedan preguntas fundamentales sobre qué factores limitan el crecimiento de los árboles

Fecha: 12 de mayo de 2022

Fuente: Universidad de Utah

Resumen:

Un nuevo estudio encuentra que el crecimiento de los árboles no parece estar generalmente limitado por la fotosíntesis, sino más bien por el crecimiento celular. Esto sugiere que necesitamos repensar la forma en que pronosticamos el crecimiento de los bosques en un clima cambiante, y que los bosques en el futuro pueden no ser capaces de absorber tanto carbono de la atmósfera como pensábamos.

   

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¿Qué pasará con los bosques del mundo en un mundo en calentamiento? ¿El aumento del dióxido de carbono atmosférico ayudará a los árboles a crecer? ¿O los extremos de temperatura y precipitación frenarán el crecimiento? Todo eso depende de si el crecimiento de los árboles está más limitado por la cantidad de fotosíntesis o por las condiciones ambientales que afectan el crecimiento de las células de los árboles, una pregunta fundamental en la biología de los árboles, y para la cual la respuesta no se entendía bien, hasta ahora.

Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Utah, con un equipo internacional de colaboradores, encuentra que el crecimiento de los árboles no parece estar generalmente limitado por la fotosíntesis, sino más bien por el crecimiento celular. Esto sugiere que necesitamos repensar la forma en que pronosticamos el crecimiento de los bosques en un clima cambiante, y que los bosques en el futuro pueden no ser capaces de absorber tanto carbono de la atmósfera como pensábamos.

"Un árbol que crece es como un sistema de caballos y carros que avanza por el camino", dice William Anderegg, profesor asociado en la Escuela de Ciencias Biológicas de la U e investigador principal del estudio. "Pero básicamente no sabemos si la fotosíntesis es el caballo con mayor frecuencia o si es la expansión y división celular. Esta ha sido una pregunta difícil y de larga data en el campo. Y es muy importante para comprender cómo responderán los árboles al cambio climático".

El estudio se publica en Science y está financiado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, la Fundación David y Lucille Packard, la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Energía de los Estados Unidos y el Desafío Ártico para la Sostenibilidad II.

Aprendimos lo básico en la escuela primaria: los árboles producen su propio alimento a través de la fotosíntesis, tomando la luz solar, el dióxido de carbono y el agua y convirtiéndolos en hojas y madera.

Sin embargo, hay más en la historia. Para convertir el carbono obtenido de la fotosíntesis en madera se requiere que las células de madera se expandan y se dividan.

Así que los árboles obtienen carbono de la atmósfera a través de la fotosíntesis. Esta es la fuente de carbono de los árboles. Luego gastan ese carbono para construir nuevas células de madera, el sumidero de carbono del árbol.

Si el crecimiento de los árboles es de origen limitado, entonces está limitado solo por la cantidad de fotosíntesis que el árbol puede llevar a cabo y el crecimiento del árbol sería relativamente fácil de predecir en un modelo matemático. Entonces, el aumento del dióxido de carbono en la atmósfera debería aliviar esa limitación y permitir que los árboles crezcan más, ¿verdad?

Pero si, en cambio, el crecimiento de los árboles está limitado por el sumidero, entonces el árbol solo puede crecer tan rápido como sus células puedan dividirse. Muchos factores pueden afectar directamente tanto la fotosíntesis como la tasa de crecimiento celular, incluida la temperatura y la disponibilidad de agua o nutrientes. Por lo tanto, si los árboles están limitados por el sumidero, la simulación de su crecimiento debe incluir la respuesta del sumidero a estos factores.

Los investigadores probaron esa pregunta comparando las tasas de origen y sumidero de los árboles en sitios en América del Norte, Europa, Japón y Australia. Medir las tasas de sumideros de carbono fue relativamente fácil: los investigadores solo recolectaron muestras de árboles que contenían registros de crecimiento. "Extraer núcleos de madera de los tallos de los árboles y medir el ancho de cada anillo en estos núcleos esencialmente nos permite reconstruir el crecimiento pasado de los árboles", dice Antoine Cabon, un académico postdoctoral en la Escuela de Ciencias Biológicas y autor principal del estudio.

Medir las fuentes de carbono es más difícil, pero factible. Los datos de la fuente se midieron con 78 torres de covarianza de foucault, de 30 pies de altura o más, que miden las concentraciones de dióxido de carbono y las velocidades del viento en tres dimensiones en la parte superior de las copas de los bosques, dice Cabon. "Basándonos en estas mediciones y algunos otros cálculos", dice, "podemos estimar la fotosíntesis forestal total de un rodal forestal".

Los investigadores analizaron los datos que recopilaron, buscando evidencia de que el crecimiento de los árboles y la fotosíntesis eran procesos que están vinculados o acoplados. No lo encontraron. Cuando la fotosíntesis aumentó o disminuyó, no hubo un aumento o disminución paralelo en el crecimiento de los árboles.

"Se esperaría un fuerte acoplamiento entre la fotosíntesis y el crecimiento de los árboles en el caso de que el crecimiento de los árboles sea limitado", dice Cabon. "El hecho de que en su mayoría observemos un desacoplamiento es nuestro principal argumento para concluir que el crecimiento de los árboles no está limitado por la fuente".

Sorprendentemente, el desacoplamiento se vio en entornos de todo el mundo. Cabon dice que esperaban ver algo de desacoplamiento en algunos lugares, pero "no esperábamos ver un patrón tan generalizado".

La fuerza del acoplamiento o desacoplamiento entre dos procesos puede estar en un espectro, por lo que los investigadores estaban interesados en qué condiciones condujeron a un desacoplamiento más fuerte o más débil. Los árboles frutales y con flores, por ejemplo, exhibieron diferentes relaciones fuente-sumidero que las coníferas. Más diversidad en un bosque aumentó el acoplamiento. Las copas de hojas densas y cubiertas lo disminuyeron.

Finalmente, el acoplamiento entre la fotosíntesis y el crecimiento aumentó en condiciones cálidas y húmedas, y lo contrario también es cierto: que en condiciones frías y secas, los árboles están más limitados por el crecimiento celular.

Cabon dice que este último hallazgo sugiere que el problema de la fuente frente al sumidero depende del entorno y el clima del árbol. "Esto significa que el cambio climático puede remodelar la distribución de las limitaciones de origen y sumidero de los bosques del mundo", dice.

Una nueva forma de mirar hacia adelante

La conclusión clave es que los modelos de vegetación, que utilizan ecuaciones matemáticas y características de las plantas para estimar el crecimiento futuro de los bosques, pueden necesitar ser actualizados. "Prácticamente todos estos modelos asumen que el crecimiento de los árboles es una fuente limitada", dice Cabon.

Por ejemplo, dice, los modelos actuales de vegetación predicen que los bosques prosperarán con un mayor dióxido de carbono atmosférico. "El hecho de que el crecimiento de los árboles a menudo sea limitado por el sumidero significa que para muchos bosques esto puede no suceder realmente".

Eso tiene implicaciones adicionales: los bosques actualmente absorben y almacenan aproximadamente una cuarta parte de nuestras emisiones actuales de dióxido de carbono. Si el crecimiento de los bosques se ralentiza, también lo hace la capacidad de los bosques para absorber carbono y su capacidad para frenar el cambio climático.

Otros autores del estudio incluyen a Steven A. Kannenberg, de la Universidad de Utah; Altaf Arain y Shawn McKenzie, de la Universidad McMaster; Flurin Babst, Soumaya Belmecheri y David J. Moore, Universidad de Arizona; Dennis Baldocchi, Universidad de California, Berkeley; Nicolas Delpierre, Universidad Paris-Saclay; Rossella Guerrieri, Universidad de Bolonia; Justin T. Maxwell, Universidad de Indiana Bloomington; Frederick C. Meinzer y David Woodruff, Servicio Forestal del USDA, Estación de Investigación del Noroeste del Pacífico; Christoforos Pappas, Université du Québec à Montréal; Adrian V. Rocha, Universidad de Notre Dame; Paul Szejner, Universidad Nacional Autónoma de México; Masahito Ueyama, Universidad de la Prefectura de Osaka; Danielle Ulrich, Universidad Estatal de Montana; Caroline Vincke, Universidad. Catholique de Louvain; Steven L. Voelker, Universidad Tecnológica de Michigan y Jingshu Wei, Academia Polaca de Ciencias.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por la Universidad de Utah. Original escrito por Paul Gabrielsen. Nota: El contenido se puede editar por estilo y longitud.

Referencia de la revista:

Antoine Cabon, Steven A. Kannenberg, Altaf Arain, Flurin Babst, Dennis Baldocchi, Soumaya Belmecheri, Nicolas Delpierre, Rossella Guerrieri, Justin T. Maxwell, Shawn McKenzie, Frederick C. Meinzer, David J. P. Moore, Christoforos Pappas, Adrian V. Rocha, Paul Szejner, Masahito Ueyama, Danielle Ulrich, Caroline Vincke, Steven L. Voelker, Jingshu Wei, David Woodruff, William R. L. Anderegg. Síntesis entre biomas de la fuente versus los límites del sumidero para el crecimiento de los árboles. Ciencia, 2022; 376 (6594): 758 DOI: 10.1126/science.abm4875

Cite esta página:

Universidad de Utah. "Lo que todavía estamos aprendiendo sobre cómo crecen los árboles: Quedan preguntas fundamentales sobre qué factores limitan el crecimiento de los árboles". ScienceDaily. ScienceDaily, 12 de mayo de 2022. <www.sciencedaily.com/releases/2022/05/220512144348.htm>.