Un estudio realizado en la Amazonía central muestra que las hojas más calientes liberan mayores cantidades de compuestos orgánicos volátiles y modifican su composición, con posibles efectos sobre las partículas, las nubes, las lluvias y el ciclo del carbono.
Redactor: Raúl Méndez C.
Editor: Eduardo Schmitz
El aumento de las temperaturas puede modificar la forma en que los árboles de la Amazonía se protegen frente al estrés y, al mismo tiempo, alterar la química de la atmósfera. Una investigación desarrollada en la selva amazónica central detectó que las hojas sometidas a más calor liberan mayores cantidades de compuestos orgánicos volátiles de origen biológico.
Estos gases basados en carbono son producidos naturalmente por la vegetación. Entre sus funciones se encuentran reducir el estrés oxidativo de las plantas y contribuir a la defensa contra los herbívoros. Sin embargo, una vez liberados al aire reaccionan rápidamente con otros compuestos e intervienen en la formación de partículas atmosféricas y nubes.
La Amazonía constituye uno de los mayores reservorios terrestres de carbono y la principal fuente mundial de estos compuestos volátiles biogénicos. Por ello, cualquier cambio sostenido en la cantidad o el tipo de sustancias que emiten sus árboles puede repercutir en el clima regional, las precipitaciones y el balance de carbono.
Mediciones realizadas en la Amazonía central
El trabajo fue realizado por investigadores del Instituto Max Planck de Biogeoquímica y del Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonía de Brasil, conocido como INPA. Los resultados fueron publicados en la revista científica Communications Earth & Environment.
Los científicos efectuaron las mediciones en el Observatorio de la Torre Alta de la Amazonía, identificado por las siglas ATTO. Esta instalación se encuentra en una zona remota de la selva amazónica central y permite estudiar las interacciones entre el bosque, la atmósfera y el clima.
El equipo midió las emisiones de diferentes compuestos orgánicos volátiles y evaluó características fisiológicas relacionadas con la fotosíntesis, el intercambio de agua y gases y la tolerancia de las hojas a las temperaturas elevadas.
Este tipo de observación amplía trabajos anteriores sobre la Amazonía como una máquina natural de formación de nubes, en los que se identificó el papel del isopreno y de las partículas atmosféricas generadas a partir de las emisiones vegetales.
Dos estrategias diferentes frente al calor
Los investigadores compararon dos grandes grupos ecológicos de árboles que se distinguen por la manera en que renuevan sus hojas. El primero corresponde a las especies perennifolias, predominantes en la Amazonía, que mantienen su follaje durante todo el año.
El segundo grupo está formado por árboles brevideciduos. Estas especies reemplazan una parte importante de su copa y pueden permanecer sin hojas durante un periodo de hasta un mes durante cada estación seca.
El análisis mostró que ambos grupos utilizan estrategias fisiológicas distintas para enfrentar el calor. Las especies brevideciduas emisoras de isopreno presentaron tasas de fotosíntesis de referencia más elevadas.
Michelle Robin, autora principal e investigadora posdoctoral del Instituto Max Planck de Biogeoquímica, explicó que estos árboles parecen apoyarse especialmente en el efecto protector de los compuestos volátiles para responder al estrés térmico.
Las especies perennifolias que no emitían isopreno mostraron, en cambio, una mayor conductancia estomática basal. Esta característica facilita el enfriamiento de las hojas mediante la transpiración de vapor de agua y permite conservar una mayor estabilidad fisiológica frente al calor.
Las hojas calientes emiten más gases reactivos
Los resultados indicaron que el aumento de la temperatura foliar provocó un incremento considerable de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles.
El calentamiento también modificó la composición química de esos gases. Las emisiones dejaron de estar dominadas principalmente por el isopreno, una molécula de cinco átomos de carbono, y se desplazaron hacia monoterpenos y sesquiterpenos.
Los monoterpenos contienen diez átomos de carbono y los sesquiterpenos quince. Ambos grupos son altamente reactivos y pueden participar con rapidez en procesos químicos atmosféricos.
Este cambio fue especialmente evidente en los árboles brevideciduos. La emisión de moléculas con más átomos de carbono también implica que el bosque puede transferir una cantidad mayor de carbono desde la vegetación hacia la atmósfera a medida que aumenta la temperatura.
Qué son los compuestos orgánicos volátiles
Los compuestos orgánicos volátiles biogénicos son gases liberados por las plantas como parte de sus procesos metabólicos. Entre los más conocidos se encuentran el isopreno, los monoterpenos y los sesquiterpenos.
Estas sustancias pueden proteger los tejidos vegetales frente a temperaturas elevadas, oxidación, sequía y ataques de insectos. También participan en señales químicas mediante las cuales las plantas responden a amenazas o interactúan con otros organismos.
Cuando llegan a la atmósfera, los compuestos reaccionan con gases oxidantes y pueden generar productos de menor volatilidad. Estos productos contribuyen a formar partículas diminutas suspendidas en el aire, conocidas como aerosoles.
Algunas de esas partículas crecen hasta funcionar como núcleos sobre los que se condensa el vapor de agua. De esa manera, las emisiones forestales pueden intervenir en la formación de nubes y en la evolución de las lluvias.
Una posible modificación de la química atmosférica
El desplazamiento desde el isopreno hacia monoterpenos y sesquiterpenos es relevante porque estas sustancias presentan una alta reactividad química. Cambios relativamente pequeños en sus emisiones pueden alterar la capacidad de la atmósfera para formar aerosoles.
Los aerosoles influyen en el clima de varias maneras. Pueden dispersar o absorber radiación solar y modificar las propiedades, la duración y el desarrollo de las nubes.
La Amazonía mantiene una relación estrecha entre vegetación, humedad y atmósfera. La transpiración de los árboles devuelve grandes cantidades de vapor de agua al aire y contribuye a sostener las precipitaciones en la cuenca y en otras regiones sudamericanas.
Las investigaciones sobre el secado progresivo de la Amazonía muestran que la pérdida de árboles debilita este reciclaje de humedad, altera las lluvias y reduce la capacidad del bosque para conservar su propio clima.
El calor puede favorecer cambios en el tipo de árboles
Estudios anteriores habían identificado que la renovación de las hojas durante la estación seca puede funcionar como una estrategia de protección frente a la sequía y los herbívoros.
Los árboles también pueden cambiar de una estrategia perennifolia a otra brevidecidua como respuesta a perturbaciones y condiciones ambientales estresantes.
Los autores plantean que el calentamiento continuo y la mayor frecuencia de olas de calor podrían favorecer una presencia más amplia de árboles con renovación estacional de sus copas.
Debido a que estas especies mostraron una respuesta más intensa en la emisión de compuestos orgánicos volátiles, un cambio en la composición funcional del bosque podría amplificar todavía más el flujo de gases biogénicos hacia la atmósfera.
Esta posible transformación se suma a las advertencias sobre la evolución de la Amazonía hacia condiciones climáticas hipertropicales, caracterizadas por temperaturas más elevadas, sequías frecuentes y una presión creciente sobre la fisiología de los árboles.
Los modelos sobre isopreno sobrestimaban las emisiones
El equipo también evaluó si incorporar las estrategias de renovación foliar podía mejorar los cálculos de isopreno en un modelo mundial de emisiones vegetales.
Las configuraciones predeterminadas que se utilizan habitualmente sobrestimaron de manera considerable los flujos de isopreno procedentes del bosque.
Eliane Gomes Alves, responsable del grupo de investigación en el Instituto Max Planck de Biogeoquímica, señaló que los modelos que incorporaron parámetros fenológicos obtenidos directamente de las mediciones del observatorio ATTO produjeron estimaciones más realistas.
La fenología estudia los ciclos estacionales de los organismos, como la aparición, permanencia y caída de las hojas. Considerar estas diferencias permite representar con mayor precisión la respuesta de las distintas especies al calor y a la estación seca.
Implicaciones para el ciclo del carbono
Los compuestos volátiles forman parte del carbono captado previamente por los árboles mediante la fotosíntesis. Cuando son liberados, una fracción de ese carbono regresa a la atmósfera en forma gaseosa.
El aumento de las emisiones y el desplazamiento hacia moléculas con mayor cantidad de átomos de carbono podrían incrementar esta pérdida desde las hojas durante episodios de calor intenso.
El estudio no plantea que estas emisiones sean equivalentes al dióxido de carbono liberado por la deforestación o los incendios. Sin embargo, muestra que el calentamiento puede modificar rutas menos visibles por las que el carbono circula entre el bosque y la atmósfera.
La capacidad amazónica para almacenar carbono también está condicionada por el crecimiento, la mortalidad y la estructura de los árboles. Investigaciones recientes han registrado cambios en el tamaño y la biomasa de los árboles amazónicos, relacionados con el aumento del dióxido de carbono y otras presiones ambientales.
Un sistema climático con múltiples retroalimentaciones
El calentamiento eleva la temperatura de las hojas, intensifica determinadas emisiones químicas y puede modificar la composición funcional de los árboles. A su vez, esos gases participan en la formación de partículas y nubes que influyen en la radiación y las precipitaciones.
Esta cadena no permite concluir que el aumento de las emisiones vaya a producir necesariamente más o menos lluvia en toda la cuenca. El efecto depende de la química atmosférica, la concentración de otros gases, la disponibilidad de humedad y la dinámica de las nubes.
Los hallazgos sí muestran que los modelos climáticos necesitan representar mejor la diversidad de estrategias utilizadas por los árboles y su respuesta fisiológica al aumento de la temperatura.
La deforestación agrega otra perturbación al sistema. Al retirar vegetación disminuyen la transpiración, el almacenamiento de carbono y la emisión natural de compuestos que intervienen en la química de la atmósfera.
La combinación de calentamiento y pérdida forestal puede alterar simultáneamente el carbono, el agua, las partículas atmosféricas y la formación de nubes, componentes que durante miles de años han sostenido el funcionamiento climático de la Amazonía.
Una respuesta defensiva con efectos más allá de las hojas
La emisión de isopreno, monoterpenos y sesquiterpenos constituye una respuesta natural mediante la cual los árboles enfrentan el estrés térmico y otras amenazas.
Sin embargo, la investigación demuestra que esa defensa no queda limitada al interior de la planta. Los compuestos pasan a la atmósfera, reaccionan químicamente y pueden modificar procesos relacionados con las partículas, las nubes y el ciclo regional de las lluvias.
Las proyecciones climáticas anticipan temperaturas más altas y episodios de calor extremo más frecuentes en la Amazonía durante las próximas décadas. Bajo esas condiciones, los árboles podrían liberar una mayor cantidad de compuestos volátiles y cambiar el tipo de moléculas emitidas.
Las observaciones del observatorio ATTO aportan parámetros obtenidos directamente del bosque para reducir la incertidumbre de los modelos. También muestran que comprender el futuro de la Amazonía exige estudiar no solo cuánto carbono almacenan sus árboles, sino cómo responden fisiológica y químicamente cuando aumenta el calor.
Fuente(s) referenciales
