La base de toda vida en la Tierra es la fotosíntesis. ¿Qué sucede si se interrumpe? Hoy en día, herramientas de medición avanzadas pueden revelar cómo el cambio climático está afectando la capacidad de las plantas para procesar la energía de la luz solar.
«Quiero entender cómo pueden funcionar las especies y los ecosistemas en el futuro», dice Rakesh Tiwari, investigador postdoctoral y becario Birgitta Sintring en el Departamento de Ecología y Genética.
En el interior del invernadero tropical del jardín botánico , la humedad gotea de las enormes copas de los árboles y de las hojas gigantes de las palmeras. El contraste con el frío, el viento y la lluvia de Uppsala no podría ser mayor. Junto a un arbusto de hibisco, Tiwari ha instalado un instrumento avanzado que parece un microscopio oblongo sobre un soporte. Resulta ser un analizador de gases de efecto invernadero por infrarrojos, que se utiliza principalmente para medir la fotosíntesis manipulando las condiciones ambientales de una hoja.
«Como es un instrumento portátil, puedo llevarlo a distintos lugares y analizar la respuesta fotosintética de las plantas a distintas condiciones ambientales. Por ejemplo, puedo cambiar la temperatura y los niveles de luz, y medir cómo esto afecta la tasa de fotosíntesis», afirma Tiwari.
Toma una rama y coloca con cuidado una hoja de hibisco en la cámara del instrumento. Se activa un haz de luz que brilla a través de la hoja, imitando las condiciones que experimenta la planta con calor extremo e irradiación solar. La hoja captura la energía, que luego utiliza dióxido de carbono y agua para convertirla en glucosa y oxígeno.
La demostración con el analizador de fotosíntesis ilustra el trabajo que normalmente realiza Tiwari en bosques tropicales como los de Puerto Rico.
«Estos instrumentos especializados nos permiten medir la interacción entre la intensidad de la luz, la concentración de dióxido de carbono en el aire y la temperatura, parámetros que son cruciales para que la fotosíntesis funcione. De esta manera, podemos obtener conocimientos más profundos sobre cómo las plantas podrían responder al cambio climático».
La fotosíntesis se descompone
Lo que él y otros investigadores han observado en entornos tropicales naturales es una clara degradación de la eficiencia de la fotosíntesis. Durante su estancia en la Universidad de Leeds, Tiwari participó en un proyecto de investigación en 2017 en la Amazonia para averiguar cómo el aumento de las temperaturas amenaza la capacidad de funcionamiento de la selva tropical.
«Utilizamos un fluorómetro similar para controlar cuándo empezaron a fallar los fotosistemas. Lo que vimos fue un patrón claro. Los árboles en uno de los sitios más cálidos de la Amazonia ya están experimentando condiciones de temperatura del aire que pueden afectar su maquinaria de fotosíntesis».
De hecho, el equipo de investigación descubrió que algunas especies de plantas estaban trabajando al límite de su tolerancia al calor.
«Lo que fue particularmente alarmante fue que durante períodos especialmente cálidos y secos, las tasas de fotosíntesis cayeron a algunos de los niveles más bajos registrados en los bosques tropicales «.
Según Tiwari, la eficiencia fotosintética de la mayoría de las plantas de la Tierra se ha reducido a un 5% como máximo, lo que supone un enorme desperdicio de energía potencial. Una de las principales causas de esta ineficiencia es la fotorrespiración, una reacción secundaria que se produce cuando la enzima rubisco, responsable de capturar el dióxido de carbono, fija el oxígeno en su lugar. Las diferencias entre las distintas especies de plantas en cuanto a la fotorrespiración podrían determinar su sensibilidad a la temperatura.
«Otro factor son las pequeñas aberturas, o estomas, en las hojas de las plantas que regulan la absorción de dióxido de carbono y el intercambio de agua. En caso de calor extremo, pueden cerrarse para ahorrar agua. Esta es una estrategia de supervivencia, pero también reduce su tasa de fotosíntesis. Mientras que en algunos árboles, los estomas se abren a temperaturas más altas para utilizar el enfriamiento por evaporación como mecanismo de enfriamiento de las hojas», explica Tiwari.
La capacidad de almacenar carbono está disminuyendo
Hace un año que Tiwari llegó de Leeds para realizar un posdoctorado en el grupo de investigación de Bob Muscarella en la Universidad de Uppsala. Allí investiga las estrategias de fotosíntesis a altas temperaturas y sus mecanismos en los bosques. Los hallazgos preliminares del grupo de investigación han demostrado que la sensibilidad a la temperatura de la fotorrespiración varía entre las especies tropicales.
En el proyecto, Tiwari también analiza cómo el cambio climático está afectando a los bosques templados de Suecia, también en colaboración con la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas en Uppsala.
«Las consecuencias de este conocimiento pueden ser proyectos de reforestación mejor fundamentados. Por ejemplo, podemos entender cómo podría funcionar la vegetación en futuros más cálidos y cómo podemos adaptar nuestras futuras estrategias de conservación y forestación».
Llamado a una perspectiva de conservación
Sin embargo, no basta con plantar árboles, añade Tiwari. La mejor manera de proteger el medio ambiente es preservar los sistemas naturales que ya existen.
«No podemos recrear la complejidad de un bosque maduro. Este hace más que simplemente capturar carbono: sustenta la biodiversidad, regula los flujos de agua y proporciona hábitats para innumerables especies».
Del 21 de octubre al 1 de noviembre se celebra en Cali (Colombia ) la conferencia de las Naciones Unidas sobre biodiversidad, COP16 . Tiwari espera que las soluciones destacadas se centren en la sostenibilidad, la conservación y el pensamiento a largo plazo.
«Si perdemos la biodiversidad y los ecosistemas forestales, perderemos el mejor sistema natural de captura de carbono del planeta. Un día puede que existan tecnologías que puedan eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, pero cuanto más dependamos de soluciones artificiales, más daño corremos el riesgo de causar al planeta. Son riesgos que no podemos permitirnos correr».
