Por qué más dióxido de carbono puede no conducir a cultivos más productivos

Un nuevo estudio desafía lo que sabemos sobre el efecto del CO2 en diferentes plantas.

Algunos investigadores han argumentado que hay un potencial al revés para el cambio climático: los aumentos en el dióxido de carbono atmosférico podrían ser un verdadero buffet para las plantas, dicen. Un estudio reciente indicó que los aumentos en las concentraciones de CO2 podrían aumentar la productividad y la eficiencia en el uso del agua de cultivos como el trigo y el arroz e incluso ayudar a los árboles, contrarrestando algunos efectos de los aumentos esperados en la temperatura y las sequías. Pero un nuevo estudio de largo alcance publicado en la revista Science está volteando esas predicciones levemente optimistas: el CO2 puede no impulsar los cultivos a largo plazo y puede hacer que las malas hierbas se vuelvan aún más fuertes.

Las plantas, como la mayoría de nosotros aprende temprano en la escuela, absorben dióxido de carbono. El CO2 entra a través de estomas, o aberturas en sus hojas, luego pasa por un proceso llamado ciclo de Calvin, que produce energía a partir del carbono, la luz solar y el agua. Como parte de ese proceso, una enzima llamada RuBisCO combina el CO2 y otras moléculas para formar una molécula de tres carbonos que pasa por otros cambios para formar azúcares. Esa ruta metabólica se llama C3.

Hace unos 32 millones de años, sin embargo, los niveles de CO2 en la atmósfera de la Tierra comenzaron a disminuir. Eso se convirtió en un problema para las plantas C3, ya que sus enzimas RuBisCO a veces se agarraban accidentalmente a las moléculas de oxígeno cada vez más abundantes y de forma similar que flotaban alrededor. Eso ha reducido la eficiencia de las plantas C3 y a temperaturas más altas puede reducir la fotosíntesis en un 25 por ciento. En respuesta, algunas especies comenzaron a desarrollar una ruta metabólica modificada llamada C4. En lugar de simplemente esperar pasivamente a que el CO2 flote a través de sus estomas, las plantas C4 bombean moléculas de CO2 a las enzimas RuBisCO a través de sus células, asegurándose de que el sistema esté funcionando con la máxima eficiencia.

El resultado es que, aunque solo alrededor del 3 por ciento de las especies de plantas en la Tierra son C4, han tenido un gran éxito y ahora representan alrededor del 24 por ciento de la biomasa en la Tierra. Los pastos, en particular los que dominan las sabanas y praderas, son C4 y lo hacen muy bien en condiciones cálidas y secas.

Cuando se trata de los aumentos en las concentraciones de CO2 esperadas para el próximo siglo, los investigadores plantearon la hipótesis de que estos cambios no tendrían mucho efecto en las plantas C4, que ya están maximizando su uso de carbono. Pero muchos modelos esperaban que las plantas C3 crecieran más y más rápido, con sus hojas absorbiendo más carbono.

En el nuevo estudio, sin embargo, esa no era toda la historia. En el transcurso de 20 años, Peter Reich y sus colegas de la Universidad de Minnesota realizaron un experimento en 88 parcelas de pastos C3 y C4. Utilizando una plataforma sofisticada, pueden cultivar plantas naturalmente fuera de un invernadero y mantenerlas bañadas en una burbuja constante de CO2 a 180 partes por millón por encima de los niveles naturales. Durante la primera década del experimento, que en realidad es parte de un experimento mucho más amplio que examina varios tipos de plantas, las cosas salieron según lo previsto. Las plantas C3, inhalando CO2 extra, mejoraron sus tasas de fotosíntesis. Las plantas C4, que no se benefician del CO2 adicional, se vieron más o menos afectadas. Pero alrededor de los 10 años, Reich notó algunos cambios. La respuesta C3 no fue tan fuerte. Las plantas C4, sin embargo, estaban en plena marcha.

Para los 15 y 20 años del experimento, el cambio fue inconfundible. Las tasas de fotosíntesis de las plantas C4 fueron incluso más fuertes de lo que las plantas C3 habían sido en sus años más eficientes. Y la eficiencia de los pastos C3 disminuyó a pesar de que aún crecía en una nube de CO2. En otras palabras, la hipótesis de que los C3 prosperarían en un mundo con niveles más altos de CO2 se volvió en su cabeza.

Por qué exactamente sucedió ese cambio todavía está bajo investigación. Reich estima que el 90 por ciento de los pastos en el experimento son los mismos que se plantaron hace 20 años, por lo que el cambio no es causado por las diferencias generacionales en las plantas. Las diferencias en temperatura y lluvia fueron descartadas. Él dice que la fisiología de las plantas sigue siendo la misma, y ​​las vías C3 y C4 siguen funcionando normalmente.

Pero hay una diferencia medible: en el suelo debajo de las plantas C4, el nitrógeno disponible aumentó, mientras que en las plantas C3 disminuyó. Algún tipo de interacción con el CO2 y los microbios del suelo, el micelio u otros factores cambiaron el nitrógeno disponible. Sin suficiente nitrógeno del suelo, las plantas C3 simplemente no podrían aprovechar el dióxido de carbono adicional. El aumento de nitrógeno para las plantas C4 condujo a un boom de crecimiento.

Reich dice que está trabajando en un estudio similar en los bosques de eucaliptos de Australia, donde bombea CO2 extra. En los primeros tres años de estudio, los árboles C3 no parecían responder, probablemente porque viven en suelos donde el fósforo es escaso. Señala que otros estudios han demostrado lo mismo: no importa la cantidad de CO2 disponible para las plantas si su crecimiento está limitado por los minerales del suelo.

“El paradigma C3 / C4 es una de las pocas cosas que se consideraba una perogrullada sólida en ecología”, dice Reich. “Aunque la razón fundamental de ese paradigma todavía se mantiene, me parece que en solo 20 años la interacción estándar entre las plantas y las comunidades del suelo puede cambiar. Para mí es una especie de historia de advertencia. No debemos confiar tanto en que realmente podamos comprender la trayectoria de los pastizales o los sistemas agrícolas o los bosques en escalas temporales de 10, 20 o 40 años. Deberíamos ser muy circunspectos en la confianza que tenemos en cómo creemos que van estas cosas “.

En un ensayo que acompaña el estudio, Mark Hovenden de la Universidad de Tasmania y Paul Newton de AgResearch en Nueva Zelanda sugieren que si los hallazgos de Reich se mantienen para otras especies y ecosistemas C3, esos escenarios levemente optimistas de cosechas impulsadas por el cambio climático no se materializarán . En su lugar, podemos ver que la productividad de los cultivos C3 permanece estable mientras que las malezas y las plantas invasoras, muchas de las cuales son especies C4, se vuelven locas.

Reich, por ejemplo, piensa que simplemente no sabemos lo suficiente sobre cómo funcionan los ecosistemas para hacer predicciones. Sin embargo, para aprender más, se requieren tipos similares de proyectos costosos a largo plazo como el suyo, que son raros e incluso más difíciles de financiar. “Está claro que los ecosistemas son complejos y hay muchas cosas que pueden cambiar la forma en que se comportan, ya sean las plantas del sistema, el suelo, los insectos u otras variables. Realmente gastamos mucho y mucho dinero construyendo modelos sofisticados y mirando la genómica del sistema sin lanzar experimentos que prueben directamente las preguntas sobre estas interacciones “, dice. “No se puede llegar a una comprensión holística de cómo estos sistemas cambiarán con solo un modelo. Realmente necesitas hacer un experimento que tenga el potencial de darte sorpresas inesperadas “.

“Es posible que encontremos 50 cosas al año como esta si realizamos experimentos en la Amazonía y la tundra ártica y en los bosques de Massachusetts y en cualquier otro lugar del mundo”, dice Reich. “Necesitamos docenas de estos para comprender dónde estamos conduciendo el planeta”.

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2 Comentarios

  1. Luis Eduardo Atencia Nuñez

    me quedó una duda al leer este excelente artículo: dice en el segundo párrafo que el CO2 entra por los estomas y para luego ingresar en el ciclo de Kalvin que produce energía a partir del carbono, luz solar y el agua. A lo anterior, se se adhiere la enzima RuBisCo que se combina con otras moléculas para producir Azúcares. AQUÍ NO ESTÁN HABLANDO ES DEL PROCESO FOTOSINTÉTICO? O REALMENTE ES EL CICLO DE KALVIN COMO DICEN AL INICIO DEL ARTÍCULO??

  2. Leider Castro Torres

    Ciclo de Kalvin V = Ciclo fotosintético, ello termina con la síntesis de glúcidos

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