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Investigadores mapean las relaciones simbióticas entre árboles y microbios en todo el mundo


Dentro y alrededor de las raíces enredadas del suelo del bosque, los hongos y las bacterias crecen con árboles, intercambiando nutrientes por carbono en un vasto mercado global. 


por Taylor Kubota, Universidad de Stanford


Un nuevo esfuerzo por mapear la más abundante de estas relaciones simbióticas, que involucra a más de 1.1 millones de sitios forestales y 28,000 especies de árboles, ha revelado factores que determinan dónde florecerán los diferentes tipos de simbiontes. El trabajo podría ayudar a los científicos a comprender cómo las asociaciones simbióticas estructuran los bosques del mundo y cómo podrían verse afectadas por el calentamiento del clima.

Los investigadores de la Universidad de Stanford trabajaron junto con un equipo de más de 200 científicos para generar estos mapas, publicado el 16 de mayo en Nature . A partir del trabajo, revelaron una nueva regla biológica, que el equipo denominó Regla de lectura en honor al pionero en la investigación de simbiosis Sir David Read.

En un ejemplo de cómo podrían aplicar esta investigación, el grupo usó su mapa para predecir cómo podrían cambiar las simbiosis para 2070 si las emisiones de carbono continúan sin disminuir. Este escenario resultó en una reducción del 10 por ciento en la biomasa de especies de árboles que se asocian con un tipo de hongos que se encuentran principalmente en las regiones más frías. Los investigadores advirtieron que tal pérdida podría conducir a más carbono en la atmósfera porque estos hongos tienden a aumentar la cantidad de carbono almacenado en el suelo.

«Solo hay tantos tipos simbióticos diferentes y estamos demostrando que obedecen reglas claras», dijo Brian Steidinger, un investigador postdoctoral de Stanford y autor principal del artículo. «Nuestros modelos predicen cambios masivos en el estado simbiótico de los bosques del mundo, cambios que podrían afectar el tipo de clima en el que vivirán sus nietos».

Mapeo de simbiosis microbiana en bosques
Uno de los tres mapas que muestra la distribución de los árboles que probablemente se asocien con los tres tipos principales de bacterias u hongos simbióticos. Crédito: Brian Steidinger

Tres simbiosis

Escondidas a la mayoría de los observadores, estas colaboraciones inter-reino entre microbios y árboles son muy diversas. Los investigadores se centraron en el mapeo de tres de los tipos más comunes de simbiosis: hongos micorrízicos arbusculares , hongos ectomicorrícicos y bacterias fijadoras de nitrógeno. Cada uno de estos tipos abarca miles de especies de hongos o bacterias que forman asociaciones únicas con diferentes especies de árboles .

Hace treinta años, Read dibujó mapas a mano de donde pensaba que podrían residir diferentes hongos simbióticos, en función de los nutrientes que proporcionan. Los hongos ectomicorrícicos alimentan a los árboles con nitrógeno directamente de la materia orgánica, como las hojas en descomposición, por lo que, según él, serían más exitosos en lugares más fríos donde la descomposición es lenta y la hojarasca es abundante. En contraste, pensó que los hongos micorrízicos arbusculares dominarían en los trópicos donde el crecimiento de los árboles está limitado por el fósforo del suelo. La investigación realizada por otros ha agregado que las bacterias fijadoras de nitrógeno parecen crecer poco a temperaturas frías.

Sin embargo, las ideas de Testing Read tuvieron que esperar, ya que las pruebas requerían la recopilación de datos de una gran cantidad de árboles en diversas partes del mundo. Esa información estuvo disponible con la Global Forest Biodiversity Initiative (GFBI), que investigó bosques, bosques y sabanas de todos los continentes (excepto la Antártida) y los ecosistemas de la Tierra.

El equipo alimentó la ubicación de 31 millones de árboles de esa base de datos junto con información sobre qué hongos o bacterias simbióticas se asocian con mayor frecuencia con esas especies en un algoritmo de aprendizaje que determina cómo diferentes variables como el clima, la química del suelo, la vegetación y la topografía parecen influir en la Prevalencia de cada simbiosis. A partir de esto, encontraron que las bacterias fijadoras de nitrógeno probablemente están limitadas por la temperatura y la acidez del suelo, mientras que los dos tipos de simbiosis fúngicas están muy influenciados por variables que afectan las tasas de descomposición, la tasa a la cual la materia orgánica se descompone en el ambiente, como Temperatura y humedad.

Mapeo de simbiosis microbiana en bosques
Uno de los tres mapas que muestra la distribución de los árboles que probablemente se asocien con los tres tipos principales de bacterias u hongos simbióticos. Crédito: Brian Steidinger

«Estos son patrones globales increíblemente fuertes, tan sorprendentes como otros patrones fundamentales de biodiversidad global», dijo Kabir Peay, profesor asistente de biología en la Escuela de Humanidades y Ciencias y autor principal del estudio. «Pero antes de estos datos duros, el conocimiento de estos patrones se limitaba a los expertos en ecología micorrízica o fijadora de nitrógeno, aunque es importante para una amplia gama de ecólogos, biólogos evolutivos y científicos de la tierra».

Aunque la investigación apoyó la hipótesis de Read (encontrar hongos micorrízicos arbusculares en bosques más cálidos y hongos ectomicorrizales en bosques más fríos), las transiciones a través de biomas de un tipo simbiótico a otro fueron mucho más abruptas de lo esperado, en función de los cambios graduales en las variables que afectan la descomposición. Esto apoya otra hipótesis, pensaron los investigadores: que los hongos ectomicorrícicos cambian su entorno local para reducir aún más las tasas de descomposición.

Este circuito de retroalimentación puede ayudar a explicar por qué los investigadores vieron la reducción del 10 por ciento en los hongos ectomicorrizales cuando simularon lo que sucedería si las emisiones de carbono continuaran hasta 2070. Las temperaturas de calentamiento podrían forzar a los hongos ectomicorrícicos en un punto de inflexión climático, más allá de la gama de ambientes Alterar a su gusto.

Mapeo colaboracion

Los datos detrás de este mapa representan árboles reales de más de 70 países y la colaboración, liderada por Jingjing Liang de la Universidad de Purdue y Tom Crowther de ETH Zürich, entre cientos de investigadores que hablan diferentes idiomas, estudian diferentes ecosistemas y enfrentan diferentes desafíos.

«Hay más de 1.1 millones de parcelas forestales en el conjunto de datos y cada una de ellas fue medida por una persona en el suelo. En muchos casos, como parte de estas medidas, esencialmente le dieron un abrazo al árbol», dijo Steidinger. «Mucho esfuerzo, caminatas, sudor, garrapatas, días largos, está en ese mapa».

Los mapas de este estudio estarán disponibles de forma gratuita, con la esperanza de ayudar a otros científicos a incluir simbiontes de árboles en su trabajo. En el futuro, los investigadores intentarán ampliar su trabajo más allá de los bosques y seguir intentando comprender cómo el cambio climático afecta a los ecosistemas.


Más información: Los controles climáticos de descomposición impulsan la biogeografía global de las simbiosis de árboles forestales, Nature (2019). DOI: 10.1038 / s41586-019-1128-0 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-1128-0Información del diario: Naturaleza.Proporcionado por la Universidad de Stanford


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