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Los investigadores descubren un “tapiz oculto” de elementos químicos de las plantas en el bosque Amazónico


Aerial view of flowering canopy trees in the Amazon. Photo by Rhett A. Butler.Vista aérea de la floreciente cubierta de los árboles en el Amazonas. Una nueva investigación ha descubierto diferencias químicas significativas entre las especies de árboles que ocupan hábitats ligeramente diferentes. Fotografía de Rhett A. Butler.

La selva amazónica puede parecer una enorme extensión de monótono verde. Sin embargo, un estudio reciente ha descubierto que dentro de esa monotonía se esconde un caleidoscopio de sustancias químicas que son únicas en cada una de las diferentes especies vegetales del bosque.



Cada año desde 2011, el Observatorio Aéreo Carnegie (CAO por sus siglas en inglés) – un avión cargado con varios tipos de sensores avanzados- vuela sobre la amplia Amazonia peruana, obteniendo diminutos detalles sobre el bosque. Los sensores detectan la estructura tridimensional del bosque, varias sustancias químicas albergadas en las hojas de las plantas y el terreno sobre la gruesa cubierta del Amazonas.



Tras analizar las mediciones de los sensores, los investigadores de la Carnegie Institution for Science han descubierto que las tierras bajas del Amazonas contienen una gran diversidad de plantas que se representa con una amplia variación en el espacio del conjunto de características químicas, como clorofila, celulosa, nitrógeno y muchos otros macronutrientes que las plantas consumen en grandes cantidades.



“Es la primera vez que se miden y se sitúan en el mapa tantas sustancias químicas en cualquier ecosistema boscoso en la Tierra”, afirmó Gregory Asner, investigador en la Carnegie Institution for Sciene y autor principal del artículo publicado en Nature Geoscience, en un comunicado de prensa. “Nadie ha realizado antes el mapeo que hemos conseguido aquí, lo cual nos ha permitido descubrir que las tierras bajas del Amazonas no son para nada monótonas ni similares”.



¿Qué nos dicen los elementos químicos de estas plantas? Cada una de estas sustancias químicas realiza funciones importantes en la planta, por ejemplo, algunas están relacionados con la fijación del carbono y la fotosíntesis, mientras que otras ayudan a crear células, regulan el crecimiento de la planta y la defienden.




Estas imágenes del CAO revelan, en color rojo, las cubiertas del bosque inundable de Perú en las que hay gran cantidad de sustancias químicas del crecimiento, en comparación con las cubiertas del bosque en las zonas cercanas marcadas de amarillo y verde, donde hay menor presencia de sustancias químicas del crecimiento. Estas imágenes explican el patrón geográfico de la absorción de dióxido de carbono en las tierras bajas del Amazonas y ayudan a predecir las respuestas del bosque al cambio climático. Imágenes cortesía de Gregory Asner, Carnegie Institution for Science.



“La mejor manera de conocer una planta es a través de su química”, explicó Asner a mongabay.com. “Es como cuando vas al médico y te sabe decir un montón de cosas sobre tu sangre. Del mismo modo podemos observar el conjunto de sustancias químicas de una planta y decir mucho sobre su crecimiento en el pasado, su crecimiento futuro y su historia evolutiva”.



De hecho, al utilizar información sobre la gama de sustancias químicas en las plantas, el equipo de Asner puede identificar especies individuales de árboles. La variación en la química de una planta en el bosque puede proporcionar pistas sobre el funcionamiento de las comunidades de plantas y su supervivencia en el futuro.



Sin embargo, se sabe muy poco de la distribución en el espacio de los rasgos químicos de las plantas en las regiones tropicales como las tierras bajas del Amazonas, según describen los autores en el estudio. Es ahí donde los sensores del CAO tienen un papel importante.



Un instrumento crucial en el CAO son las imágenes del espectómetro de alta fidelidad, que detecta la luz del sol que se refleja de la superficie de las plantas en el bosque. Los sensores pueden detectar 480 longitudes de onda de la luz que se refleja simultáneamente, desde ultravioleta a ondas cortas de infrarrojos. “Integrada en esa señal está la información química de una planta”, explicó Asner.



Los sensores láser del CAO escanean el bosque con ultra alta definición en 3D, según añadió, para que se puedan ver hojas individuales y ramas. Además, los sensores láser del CAO también ven más allá de la vegetación y mapean el terreno que hay debajo.



Desde 2011, Asner y su equipo de pilotos vuelan sobre la Amazonia peruana durante varios meses seguidos a una altitud de 2200 metros sobre tierra, escaneando el bosque y mapeando unos 250 000 árboles o más por minuto. Al hacer esto, los sensores detectan patrones a escalas que no se habrían podido percibir de otro modo. Por ejemplo, los sensores detectaron una gran diversidad espacial en las características químicas de las plantas.



“Mapear árboles de forma individual nos permitió ver los patrones más grandes e importantes”, afirmó Asner. “Es muy emocionante. No hacíamos más que dar saltos de alegría en el laboratorio, fue increíble poder ver este patrón que nadie había visto antes”.




El Observatorio Aéreo Carnegie (CAO) es un pequeño avión lleno de sensores e instrumentos que los investigadores utilizaron para escanear los bosques. Foto cortesía del Observatorio Aéreo Carnegie / Carnegie Intitution for Science



Uno de los patrones revelados en los análisis, por ejemplo, fue que el terreno bajo la cubierta del bosque estaba muy relacionado con las especies de plantas. De hecho, un pequeño cambio en la topografía, de tan solo unos centímetros hasta un par de metros, basta para hacer que el bosque cambie, según Asner. Además, las características químicas de las plantas cambian según su posición a lo largo de los dos ríos: el río Madre de Dios y el Tambopata.



“Estos cambios son casi indetectables en tierra”, añadió. “En el campo cuando estás caminando por una colina, todo parece el bosque del Amazonas a tu alrededor. No detectas que haya cambios en la biología, pero desde el aire se pueden ver la mayoría de los cambios”.



Por ejemplo, los investigadores descubrieron que los bosques en las zonas inundables de las tierras bajas del Amazonas tienen mayor concentración de fósforo, calcio y magnesio que los bosques altos. Según escriben los investigadores, esto se podría deber a que la tierra en las zonas inundables es más rica en nutrientes, en parte debido a la gran cantidad que reciben durante la estación lluviosa.



Del mismo modo, los bosques pantanosos, en la región al oeste de la Amazonia, tienen unos rasgos químicos muy especiales debido a las condiciones anóxicas de la tierra. Las especies de árboles, a través del tiempo, se han convertido en híperespecialistas en diferentes microentornos que se dan dentro del bosque del Amazonas.





El CAO utilizó un espectómetro de alta fidelidad (HiFIS) y un láser dual LiDAR de forma de onda para detectar la estructura tridimensional del bosque, varias sustancias químicas albergadas en las hojas de las plantas y el terreno bajo la gruesa cubierta del Amazonas. Foto cortesía del Observatorio Aéreo Carnegie / Carnegie Institution for Science.

Asner opina que esto se debe a que las plantas sufren una gran competencia por el espacio. Afirmó que los nutrientes no se distribuyen de manera uniforme en la tierra. “Tengo una fuerte intuición de que el microterreno está asociado con los nutrientes de la tierra y de que las plantas se han convertido en especialistas en usar una combinación especial de esos nutrientes a lo largo de un gran periodo de tiempo”.



El equipo de Asner está trabajando con los espectómetros para que detecten aún más sustancias químicas de las plantas. “En particular, queremos detectar más sustancias químicas que nos digan cómo resisten las plantas al cambio climático y, especialmente, a la sequía”, afirmó.



Una vista aérea de la variación química y de las especies de plantas en los bosques tropicales, como la creada por el equipo de Asner, puede ayudar a orientar las acciones de conservación y gestión. Por ejemplo, puede ayudar a evaluar si las áreas protegidas de Perú tienen una base ecológica.



“En las tierras bajas de Amazonas, las zonas protegidas se dibujan en el mapa de forma política y no ecológica”, explicó Asner. “Nos estamos arriesgando a no proteger algo único e importante que aún desconocemos”..



“Si tuviéramos un mapa del Amazonas que nos dijera dónde están todas las comunidades y especies, como tenemos ahora para Perú, ¿protegería el plan actual de zonas protegidas el 10 por ciento de las comunidades que ahora sabemos que existen? No tengo una respuesta oficial aún”.



Pero el equipo de Asner está intentando averiguarlo.




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