Los fundamentos de la fotosíntesis son algo que todo estudiante aprende en la escuela: dióxido de carbono, agua y luz entran; oxígeno y azúcar salen para el crecimiento. En un mundo donde los niveles atmosféricos de dióxido de carbono están aumentando, es plausible pensar que el crecimiento de los árboles y otras plantas aumentará al mismo ritmo.
Pero eso no es lo que las observaciones han confirmado. A medida que los niveles globales de dióxido de carbono han aumentado, las mediciones del crecimiento de los árboles —y la cantidad de carbono que almacenan a largo plazo— han variado considerablemente. Hasta qué punto esta variación puede atribuirse a los niveles de dióxido de carbono se desconoce desde hace tiempo.
Desafiando viejas suposiciones
En un artículo publicado en línea el 1 de diciembre en la revista Nature Climate Change , investigadores dirigidos por la Universidad de Duke y la Universidad de Wuhan describen un modelo que responde a muchas de estas preguntas. Al analizar las compensaciones entre absorber más dióxido de carbono para crecer y perder agua por evaporación, demuestran cómo la perspectiva de un ingeniero sobre este delicado equilibrio en los poros de las hojas de un árbol puede explicar y predecir su crecimiento a lo largo de décadas y siglos.
«Se solía asumir que niveles más altos de dióxido de carbono harían que los árboles crecieran más y almacenaran más carbono», afirmó Gaby Katul, profesora distinguida George Pearsall de Ingeniería Civil y Ambiental en Duke. «Pero experimentos de referencia demostraron que, si bien esto puede ser cierto de forma aislada, otros factores ambientales también influyen significativamente. Ahora hemos descubierto algunos de los mecanismos subyacentes».
Los experimentos de referencia a los que se refiere Katul se llevaron a cabo en la Universidad de Duke y la ETH de Zúrich para investigar cuánto carbono podrían capturar los bosques del mundo en una futura atmósfera rica en carbono. A lo largo de 16 años, la planta de Duke alimentó grupos de árboles con el exceso de dióxido de carbono, mientras que la planta de la ETH de Zúrich aumentó sus niveles de humedad local. Mediante una medición rigurosa del crecimiento y la captura de carbono de los árboles, así como el seguimiento de muchas otras variables, los investigadores demostraron que, en general, los árboles no absorberían tanto carbono como se había conjeturado.
Comprender las compensaciones internas del árbol
Pero las razones aún no se comprendían del todo. Para explicar estos resultados, y decenas de otros de todo el mundo, Katul y sus colaboradores recurrieron a la perspectiva de un ingeniero sobre el movimiento del agua en un árbol.
Para que un árbol absorba dióxido de carbono, debe abrir poros en sus hojas llamados estomas. Con más dióxido de carbono en la atmósfera, se ha supuesto que proporcionalmente entraría más dióxido de carbono en estos poros.
Sin embargo, en ambientes más cálidos y secos, el agua se evapora de estos poros a la atmósfera con mayor rapidez. Para mantener el equilibrio de sus sistemas hídricos internos, los árboles compensan este desequilibrio reduciendo el tamaño de sus poros estomáticos , lo que a su vez les permite absorber menos dióxido de carbono.
Esta dinámica genera una compensación directa entre la captación de más dióxido de carbono para crecer y la pérdida del agua necesaria para sobrevivir. Y para complicar aún más las cosas, existe un delicado equilibrio de tensión hídrica en las raíces, el tronco y las ramas del árbol, que corre el riesgo de alterarse si se pierde demasiada agua con demasiada rapidez, especialmente cuando los árboles alcanzan su altura madura.
«Los estomas son como válvulas que controlan cuánta agua es absorbida por las hojas y liberada al aire», dijo Katul.
Modelado e implicaciones futuras
Considerar la interacción entre la apertura estomática , los niveles de carbono y la pérdida de agua como un problema de optimización es un nuevo enfoque que complementa las teorías fisiológicas, explicó Katul. Sin embargo, ha demostrado ser preciso al describir los resultados de los experimentos de referencia en Duke y ETH Zurich.
Durante estos estudios, los investigadores recopilaron datos increíblemente valiosos sobre la actividad estomática. Al encapsular hojas individuales y controlar y monitorear rigurosamente variables como la temperatura, la humedad, el dióxido de carbono, el tamaño estomático y otras, los experimentos a largo plazo proporcionaron al equipo de Katul toda la información necesaria para construir su modelo.
Una vez finalizado, los investigadores utilizaron su enfoque para analizar docenas de informes sobre el crecimiento de árboles tropicales que mostraban una gran variabilidad. A pesar del aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera durante el último medio siglo, algunos estudios detectaron aumentos, otros no detectaron ningún cambio y otros incluso detectaron disminuciones. Utilizando su nuevo modelo, los investigadores finalmente pudieron ofrecer una explicación precisa del porqué.
Por supuesto, existen muchos otros factores atenuantes que pueden añadirse al nuevo modelo para aumentar su precisión. Cabe mencionar los nutrientes del suelo, la disponibilidad de agua, la flora y fauna circundantes y los cambios en los patrones estacionales. Si bien este modelo puede describir el comportamiento árbol por árbol, es necesario trabajar para incorporar estos hallazgos en modelos climáticos regionales a gran escala.
«Es muy valioso analizar estas cuestiones ambientales y biológicas desde una perspectiva de ingeniería», afirmó Katul. «Descubrir la mejor manera de mitigar el cambio climático mediante tecnologías ecológicas basadas en la naturaleza en las próximas décadas requerirá la contribución de diversas disciplinas».
Más información: Quan Zhang et al., El aumento de la eficiencia en el uso del agua no estimula la productividad de los árboles, Nature Climate Change (2025). DOI: 10.1038/s41558-025-02504-w
