Un estudio global revela un intrincado equilibrio entre la defensa de las semillas y la dispersión por los árboles forestales
Fecha: junio 29, 2023
Fuente: Estado de Pensilvania
Resumen:
Un nuevo estudio que incluyó millones de observaciones de años arbóreos en todo el mundo documenta y analiza por primera vez el intrincado equilibrio entre la defensa de las semillas y la dispersión por los árboles forestales a escala global.
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En todo el mundo, los bosques se enfrentan a desafíos sin precedentes. Están lidiando con incendios forestales, enfermedades, sequías y deforestación. La supervivencia de estos grandes bosques depende de su capacidad para volver a crecer, y para muchos árboles, un proceso llamado "masting" es clave para esta regeneración.
Masting, el ciclo impredecible de auge y caída de la producción de semillas, puede tener profundas consecuencias para las poblaciones de plantas y las redes alimentarias que se construyen sobre sus semillas. Pero la compleja relación entre los ciclos de producción de semillas y los consumidores y dispersores de semillas ha sido poco conocida.
Un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de científicos que incluyó millones de observaciones de años arbóreos en todo el mundo, publicado hoy (29 de julio) en Nature Plants, por primera vez documenta y analiza el intrincado equilibrio entre la defensa de las semillas y la dispersión por los árboles forestales a escala global.
Las semillas, las frutas y los frutos secos (con un alto contenido de carbohidratos, grasas y proteínas) se encuentran entre los alimentos vegetales de mayor calidad de la naturaleza, anotó el autor líder del estudio, Tong Qiu, profesor asistente del Colegio de Ciencias Agrícolas de Penn State. Cuando hay muchas semillas, los consumidores de semillas como pájaros, ardillas e insectos tienen una fiesta. Sus poblaciones crecen porque hay suficiente comida para comer y alimentar a sus crías. Pero en los años posteriores a un mástil, cuando la producción de semillas es baja, estos animales podrían tener dificultades para encontrar suficiente comida, y esto podría conducir a una caída en sus poblaciones.
"Al mismo tiempo, algunas semillas que no se comen durante el año del mástil podrían germinar y convertirse en nuevos árboles, y esto puede conducir a un aumento en el número de árboles, afectando el crecimiento general del bosque y el hábitat de otras criaturas", dijo Qiu. "Comprender los patrones de masting puede guiar a los administradores forestales en sus esfuerzos de conservación. Durante los años de escasez de producción de semillas, los conservacionistas pueden optar por plantar semillas manualmente o implementar medidas para proteger a las poblaciones de animales en dificultades".
Los cultivos de semillas erráticos pueden ayudar a los árboles a confundir a sus depredadores de semillas, pero Qiu y sus colegas se preguntaron qué hacen con los dispersores de semillas que los árboles pueden necesitar para asegurar una germinación exitosa. Si la producción de semillas poco confiable que frustra a los "enemigos" de un árbol tiene los mismos impactos negativos en sus amigos dispersores, plantearon la hipótesis, entonces tal vez las especies de árboles que dependen más de las especies dispersoras animales deben renunciar a esta opción defensiva.
"Cuando los árboles tienen grandes oscilaciones en la producción de semillas, toman mucho tiempo entre los años de semillas altas y todos producen muchas semillas al mismo tiempo, los depredadores pueden verse abrumados", dijo Qiu. "Esta estrategia de producción de semillas potencialmente obstaculiza la capacidad de los consumidores de semillas para mitigar los efectos de las fluctuaciones interanuales mediante el forrajeo entre varios árboles huéspedes. Nuestra investigación reveló que el mástil se basa en tres aspectos críticos que afectan tanto a los amigos como a los enemigos de los árboles, los dispersores de semillas y los depredadores de semillas".
En el documento, los investigadores introducen tres elementos de mástil basados en 12 millones de observaciones de años arbóreos en todo el mundo. El primero es la volatilidad, que refleja la cantidad de semillas que fluctúan año tras año. El segundo es la periodicidad, que se refiere al intervalo de tiempo entre los años de alta producción de semillas. En tercer lugar está la sincronicidad, que representa una tendencia común en la que muchos árboles producen grandes cultivos de semillas en los mismos años.
Pero hay un problema con esta explicación para el masting, señaló el autor principal del estudio, James Clark, profesor distinguido de Ciencias Ambientales en la Universidad de Duke, quien ha construido la red Mast Inference and Forecasting, más conocida como MASTIF.
Las mismas especies de árboles que atraen a los depredadores de semillas también pueden depender de mamíferos y aves para dispersar sus semillas, sugirió. Estos amigos son tan valiosos que muchas especies de árboles empacan sus frutos y nueces con recursos adicionales y los anuncian con exhibiciones coloridas, todo para atraer a sus importantes dispersores mutualistas.
En el documento, los investigadores evaluaron si la producción de semillas poco confiable que frustra a los enemigos de un árbol tenía los mismos impactos negativos en sus amigos dispersores. Si el mástil protege eficazmente contra los enemigos, y lo hace, confirmaron, entonces tal vez las especies de árboles que dependen más de las especies dispersoras de animales deben renunciar a esta opción defensiva.
"Un análisis de la producción de semillas en cientos de especies de árboles en los cinco continentes muestra este beneficio mixto del masting: las especies de árboles que dependen más de los dispersores de animales son las que evitan el masting", dijo Clark. "En los bosques templados de América del Norte y Eurasia, los robles y los abetos son especies de mástil prolíficas. Los pinos y abetos también mástil, pero en menor grado. Nogales y nueces aún menos. La castaña y los frutos carnosos de la goma negra, el acebo, el hack y la baya de azúcar, el caqui, el enebro, el tejo y la papaya, casi nada, son recursos confiables ".
Los abetos, pinos y abetos caen presa de aves y muchos roedores en el dosel y también cuando llegan al suelo del bosque, agregó Clark. En el árbol, las coníferas pueden defender sus semillas en conos leñosos recubiertos de resina, muchos de los cuales están armados con espinas. Una vez en el suelo del bosque, las semillas expuestas son rápidamente agotadas por los roedores. Con pocos dispersores mutualistas, son los principales candidatos para el masting.
Los nutrientes y el gradiente climático también juegan un papel en el masting, reportaron los investigadores. Las especies que requieren muchos nutrientes tienden a tener cambios bajos año a año en la producción de semillas, mientras que las que a menudo se encuentran en áreas ricas en nutrientes, cálidas y húmedas muestran intervalos de tiempo más cortos entre los años de alta producción de semillas. Mientras tanto, el mástil es más común en lugares fríos y secos.
"Curiosamente, esto sucede en áreas donde las condiciones climáticas significan que hay menos necesidad de que los animales propaguen semillas, a diferencia de los trópicos húmedos y cálidos, donde la ayuda de los animales es más común", dijo Qiu. "Esta fascinante interacción nos recuerda que nuestros diversos bosques son el resultado de innumerables factores que trabajan juntos en armonía, adaptándose a sus circunstancias únicas para prosperar".
En el extremo opuesto, las frutas ricas y coloridas evitan las fluctuaciones silvestres: los árboles que las producen dependen de sus dispersores animales, dijo Clark. Aunque todavía hay mucha variación de un año a otro, porque una fruta grande y costosa es sensible al estrés por humedad.
"Una buena sequía de dos semanas a mediados del verano hará que muchos árboles abandonen gran parte de su cosecha de frutas, el aborto temprano", dijo. "Esto incluye no solo frutas carnosas como el caqui, el almez (incluido el árbol de ortiga en Europa) y la goma negra. Las bellotas y las nueces de nogal también tienen un alto contenido de humedad; Ellos también abortarán muchas semillas parcialmente desarrolladas para recortar la demanda de recursos. Aún así, una serie de años con condiciones climáticas adecuadas pueden ver cultivos confiables en muchas de estas especies, una tras otra".
Investigadores de 70 instituciones contribuyeron al artículo de Nature Plants. La financiación principal provino de la Fundación Nacional de Ciencias, el Foro Belmont, la NASA y la iniciativa Programme d'Investissement d'Avenir (Make Our Planet Great Again) de Francia.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Penn State.
Referencia de la revista:
Tong Qiu, Marie-Claire Aravena, Davide Ascoli, Yves Bergeron, Michal Bogdziewicz, Thomas Boivin, Raul Bonal, Thomas Caignard, Maxime Cailleret, Rafael Calama, Sergio Donoso Calderon, J. Julio Camarero, Chia-Hao Chang-Yang, Jerome Chave, Francesco Chianucci, Benoit Courbaud, Andrea Cutini, Adrian J. Das, Nicolas Delpierre, Sylvain Delzon, Michael Dietze, Laurent Dormont, Josep Maria Espelta, Timothy J. Fahey, William Farfan-Rios, Jerry F. Franklin, Catherine A. Gehring, Gregory S. Gilbert, Georg Gratzer, Cathryn H. Greenberg, Arthur Guignabert, Qinfeng Guo, Andrew Hacket-Pain, Arndt Hampe, Qingmin Han, Jan Holik, Kazuhiko Hoshizaki, Ines Ibanez, Jill F. Johnstone, Valentin Journé, Thomas Kitzberger, Johannes M. H. Knops, Georges Kunstler, Hiroko Kurokawa, Jonathan G. A. Lageard, Jalene M. LaMontagne, Francois Lefevre, Theodor Leininger, Jean-Marc Limousin, James A. Lutz, Diana Macias, Anders Marell, Eliot J. B. McIntire, Christopher M. Moore, Emily Moran, Renzo Motta, Jonathan A. Myers, Thomas A. Nagel, Shoji Naoe, Mahoko Noguchi, Michio Oguro, Robert Parmenter, Ian S. Pearse, Ignacio M. Perez-Ramos, Lukasz Piechnik, Tomasz Podgorski, John Poulsen, Miranda D. Redmond, Chantal D. Reid, Kyle C. Rodman, Francisco Rodriguez-Sanchez, Pavel Samonil, Javier D. Sanguinetti, C. Lane Scher, Barbara Seget, Shubhi Sharma, Mitsue Shibata, Miles Silman, Michael A. Steele, Nathan L. Stephenson, Jacob N. Straub, Samantha Sutton, Jennifer J. Swenson, Margaret Swift, Peter A. Thomas, Maria Uriarte, Giorgio Vacchiano, Amy V. Whipple, Thomas G. Whitham, Andreas P. Wion, S. Joseph Wright, Kai Zhu, Jess K. Zimmerman, Magdalena Zywiec, James S. Clark. El masting es poco común en los árboles que dependen de dispersores mutualistas en el contexto del clima global y los gradientes de fertilidad. Plantas de la naturaleza, 2023; DOI: 10.1038/s41477-023-01446-5
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Estado de Pensilvania. "Una historia de supervivencia de semillas: cómo los árboles mantienen a los 'amigos' cerca y a los 'enemigos' adivinando: un estudio global descubre un intrincado equilibrio entre la defensa de las semillas y la dispersión por los árboles del bosque". ScienceDaily. ScienceDaily, 29 de junio de 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230629125706.htm>.
- José Miguel Sierra