El aumento de aridez disminuye la abundancia y diversidad de los microbios del suelo en las zonas áridas
El ceiA3 participa en un estudio liderado por la URJC que ha evaluado las comunidades de microorganismos del suelo en zonas áridas de todo el planeta
Los microbios del suelo, como las bacterias y los hongos, nos proporcionan algunos de los servicios más importantes que nos brindan los ecosistemas terrestres, como la fertilidad del suelo o su capacidad para producir alimento y actuar como un sumidero del CO2 que emitimos a la atmósfera con la quema de combustibles fósiles. Pese a ello, tenemos un gran desconocimiento sobre cómo el cambio climático afectará a estos organismos, particularmente en zonas áridas. Estos ecosistemas tienen gran importancia a nivel mundial, ya que cubren el 41% de la superficie terrestre y alojan al 38% de la población humana. La importancia de estos ambientes se va a incrementar en el futuro, ya que los estudios más recientes apuntan a que su extensión puede aumentar hasta en un 23% a nivel global como consecuencia del aumento de aridez previsto con el cambio climático. Así pues, para comprender mejor las consecuencias ecológicas del cambio climático y establecer medidas efectivas de adaptación y mitigación es fundamental conocer los efectos que tendrá tanto en las bacterias y hongos del suelo como en los procesos ecosistémicos que dependen de estos organismos.
Un equipo internacional de investigadores liderado por la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) y en el que participa el profesor de Ingeniería Agroforestal de la Universidad de Córdoba y del Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario ceiA3 José Luis Quero concluye en un estudio que el aumento de la aridez disminuye la abundancia y diversidad de las bacterias y hongos del suelo en zonas áridas. El trabajo ha sido publicado en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences bajo el título “Increasing aridity reduces soil microbial diversity and abundance in global drylands”. Este artículo está liderado por el doctor Fernando Tomás Maestre, profesor titular de ecología de la URJC e investigador principal del proyecto Biocom, financiado por el Consejo Europeo de Investigación.
Factores climáticos como la aridez son de vital importancia en las zonas áridas, debido a que el agua es el principal limitante de la actividad biológica en estos ecosistemas. Distintos estudios predicen un aumento generalizado de la aridez en las zonas áridas de todo el planeta para las próximas décadas. Así pues, los resultados publicados tienen importantes implicaciones para la comprensión de su respuesta frente al cambio climático. “Nuestros resultados sugieren que el incremento de aridez predicho para finales de siglo XXI disminuirá la abundancia y diversidad de las comunidades microbianas del suelo en las zonas áridas a nivel global, lo que puede repercutir negativamente en la capacidad de estos ecosistemas de proporcionar servicios ecosistémicos que, como el mantenimiento de la fertilidad del suelo, son un soporte básico para nuestro bienestar y desarrollo”, afirma Maestre.
Los investigadores también describen en este trabajo los posibles mecanismos que están detrás de las respuestas observadas. “El aumento de la aridez provoca una disminución de la cobertura vegetal y, por tanto, de la entrada de carbono a los ecosistemas. Hemos observado que es precisamente esta disminución del contenido de carbono orgánico del suelo uno de los principales determinante de la disminución de la abundancia y diversidad de bacterias y hongos observada con el incremento de aridez, ya que estos organismos utilizan este carbono como fuente de energía” apunta Maestre.
Este estudio, que incluye datos tomados en 80 ecosistemas situados en todos los continentes excepto la Antártida, “es el primero en evaluar de forma explícita cómo el aumento de aridez afecta a las comunidades de bacterias y hongos del suelo bajo condiciones naturales a una escala global, y sus resultados nos aportan valiosa información tanto sobre los factores que determinan la abundancia y diversidad de los microorganismos del suelo como sobre sus posibles respuestas al cambio climático”, afirma Maestre. Los resultados de este trabajo “sugieren que un incremento de aridez afectará especialmente a grupos de microorganismos altamente funcionales, lo que podría acarrear un impacto negativo en procesos clave para el funcionamiento de los ecosistemas tales como el reciclado de la materia orgánica y los nutrientes en zonas áridas. Este conocimiento es clave para poder predecir como incrementos de aridez a lo largo de siglo alteraran los servicios ecosistémicos que estos organismos nos proporcionan” indica el Manuel Delgado Baquerizo, investigador post-doctoral de la Universidad del Oeste de Sídney (Australia) y coautor del artículo.
En este trabajo han colaborado una treintena de investigadores de diez países distintos, y ha podido ser realizado gracias a la financiación aportada por numerosos organismos públicos y fundaciones privadas en los distintos países, entre los que destaca el proyecto Biocom. “Sin los recursos humanos, técnicos y materiales proporcionados por un proyecto como Biocom hubiera sido imposible realizar un trabajo a esta escala y envergadura. Asimismo, la fluida colaboración entre los distintos grupos españoles e internacionales ha sido determinante para llevar a buen puerto este estudio”, afirma Maestre.
Maestre, F. T., M. Delgado-Baquerizo, M., T. C. Jeffries, V. Ochoa, B. Gozalo, D. J. Eldridge, J. L. Quero, M. García-Gómez, A. Gallardo, W. Ulrich, M. A. Bowker, T. Arredondo, C. Barraza, D. Bran, A. Florentino, J. Gaitán, J. R. Gutiérrez, E. Huber-Sannwald, M. Jankju, R. L. Mau, M. Miriti, K. Naseri, A. Ospina, I. Stavi, D. Wang, N. N. Woods, X. Yuan, E. Zaady & B. K. Singh. 2015. Increasing aridity reduces soil microbial diversity and abundance in global drylands. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, doi: 10.1073/pnas.1516684112.
Una hormona similar a la adrenalina permite a las plantas alimentarse con el hierro
Investigadores de la Universidad de Córdoba describen la ruta de la absorción de este nutriente, fundamental para un crecimiento sano de los vegetales
Como los seres humanos, las plantas necesitan hierro para crecer fuertes y sanas. Sin embargo, mientras nosotros tenemos a nuestra disposición en cualquier supermercado alimentos ricos en hierro y, por si acaso, suplementos alimenticios con presencia de este micronutriente, las plantas se las tienen que apañar con lo que hallan en su entorno más inmediato: el suelo en el que crecen. Allí, el hierro es abundante, pero poco soluble. Los vegetales, ya sean cimbreantes hierbas o rígidos árboles, han aprendido a extraerlo por medio de diferentes estrategias. En todas ellas, juega un papel fundamental una hormona que se activa en situaciones de estrés, llamada etileno, equivalente a la adrenalina humana. Investigadores de la Universidad de Córdoba han descrito mecanismos en los que está implicado el etileno y, con ello, han abierto una línea de investigación en la fisiología de las plantas que otros grupos a nivel mundial exploran ahora.
Como nutriente, el hierro es esencial, pero también requiere moderación. Nada en exceso, ya dijo Solón de Atenas en el siglo VII antes de nuestra era. Una cantidad mayor le produce a la planta toxicidad, pero no incorporarlo a su menú la debilita. Las hojas amarillean y sólo mantiene el verdor en su nervadura, sus venas. La falta de hierro es un problema para plantas silvestres y cultivadas, ya sean ornamentales o de producción agrícola. Éste se incrementa en suelos calcáreos, como los que se encuentran generalmente desde la provincia de Córdoba a la de Zaragoza, en un arco descrito por el oeste y sur peninsular. Por ello, encontrar los mecanismos químicos que intervienen en la adquisición de este micronutriente resulta fundamental para mantener sanos diferentes frutales, hortalizas o el arbolado urbano y conseguir cultivos más eficientes. Actualmente, en árboles decorativos o que producen alimentos se suele corregir esta deficiencia de hierro con el uso de fertilizantes bastante caros.
La adrenalina vegetal
Desde 1994, investigadores del Área de Fisiología Vegetal de la UCO han desentrañado cómo actúa una hormona llamada etileno en el proceso por el que la planta absorbe el hierro presente en el suelo. “Hemos observado en sucesivos experimentos que todas las plantas excepto las gramíneas, cuando tienen deficiencia de hierro, incrementan la producción de esta hormona, como hacemos los seres humanos cuando tenemos miedo al incrementar la producción de adrenalina”, expone Javier Romera, investigador principal del equipo científico. Al faltarle este nutriente, la planta reacciona produciendo la hormona, lo que le lleva reaccionar fisiológicamente. “Esta hormona de estrés produce cambios en las respuestas de la planta lo que le lleva finalmente a adquirir el nutriente”, prosigue. Algunos de esos cambios son la expulsión de protones al suelo o liberar substancias orgánicas para hacer más soluble el hierro allí presente y poderlo tomar a través de las raíces.
Recientemente, los fisiólogos vegetales de la UCO han descrito cómo la planta da la orden de activación de la secreción del nutriente gracias al etileno. Para ello, bloquearon el circuito vascular que forman el xilema y el floema desde la raíz en ejemplares de Arabidopsis thaliana (una planta modelo empleada usualmente en los laboratorios) modificados genéticamente. De este modo, el hierro no pasaba a la parte superficial de la planta. Sin embargo, al dispersar en las hojas una solución con hierro, el circuito volvía a funcionar. De esta manera, los científicos comprobaron que el etileno, que actúa como activador en la absorción del nutriente, también guarda un equilibrio con el hierro disponible, como un semáforo que regula su movimiento desde el ambiente a las células.
El bagaje investigador de la Universidad de Córdoba ha permitido abrir una brecha en el conocimiento de los procesos de nutrición de las plantas que otros investigadores en laboratorios de diversos lugares del planeta están aprovechando ahora. En este sentido, la revista Plant Physiology publica una reciente revisión firmada por este equipo en la que se recopila la situación de la literatura científica sobre esta hormona.
Los investigadores están convencidos que el papel del etileno no se queda sólo en la absorción del hierro como nutriente. “También hemos observado que tiene un interesante papel en otras deficiencias como la del fósforo”, comenta Carlos Lucena, integrante del equipo científico. Por ello, ahora exploran también los mecanismos que emplea la planta para adquirir los elementos necesarios para su desarrollo.
María José García, Francisco Javier Romera, Carlos Lucena, Esteban Alcántara y Rafael Pérez Vicente. ‘Ethylene and the Regulation of Physiological and Morphological Responses to Nutrient Deficiencies’. Plant Physiology. September 2015. Volume 169. pp. 51-60
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