Analizar microorganismos en el suelo puede ser difícil, ya que las técnicas anteriores destruían las estructuras que los rodean.
Sin embargo, el «suelo ciborg» permite a los investigadores analizar patrones sin alterar lo que está ocurriendo.
El suelo ciborg es mitad natural y mitad artificial, y está formado por chips microdiseñados que permiten que surjan ciudades microbianas en el barro.
Si hundes una cucharilla en el montón de tierra más cercano, lo que saques contendrá más microorganismos que personas hay en la Tierra. Sabemos esto gracias a estudios de laboratorio que analizan muestras de tierra extraídas del mundo microbiano salvaje para determinar qué formas de vida microscópica existen en el mundo que hay bajo nuestros pies.
El problema es que estos estudios no pueden decirnos realmente cómo funciona este reino subterráneo de hongos, flagelados y amebas. Como implican la extracción del suelo de su entorno, estos estudios destruyen las delicadas estructuras de barro, agua y aire en las que residen los microbios del suelo.
Esto llevó a mi laboratorio a desarrollar una forma de espiar a estos trabajadores subterráneos, que son indispensables en su papel de agentes de reciclaje de materia orgánica, sin perturbar sus microhábitats.
Nuestro estudio reveló las oscuras y húmedas ciudades en las que residen los microbios del suelo. Encontramos laberintos de pequeñas autopistas, rascacielos, puentes y ríos por los que se desplazan los microorganismos para encontrar alimento o para evitar convertirse en la próxima comida de alguien. Esta nueva ventana a lo que ocurre bajo tierra podría ayudarnos a apreciar y preservar mejor los suelos de la Tierra cada vez más dañados.
Suelo ciborg
En nuestro estudio desarrollamos un nuevo tipo de «suelo ciborg», que es mitad natural y mitad artificial. Está formado por chips microdiseñados que enterramos en el medio natural o que rodeamos de tierra en el laboratorio durante el tiempo suficiente para que las ciudades microbianas surgieran en el barro.
Los chips actúan literalmente como ventanas al subsuelo. Como un parche transparente en un suelo por lo demás opaco, el chip está cortado para imitar las estructuras porosas del suelo real, que a menudo resultan extrañas y contraintuitivas a la escala en la que experimentan los microbios.
A escala micro predominan leyes físicas distintas de las que nos son familiares en nuestro mundo macro. El agua se adhiere a las superficies, y las bacterias en reposo son empujadas por el movimiento de las moléculas de agua. Las burbujas de aire forman barreras infranqueables para muchos microorganismos, debido a la tensión superficial del agua que los rodea.
Una vez que implantamos nuestros chips en el suelo, pudimos observar cómo los microbios circulaban por ellos en sus trayectos de descomposición, revelando sus interacciones, sus redes tróficas y cómo los distintos microbios modelan sus microhábitats circundantes, en constante cambio.
Autopistas fúngicas
Cuando excavamos nuestros primeros chips, nos encontramos con toda la variedad de organismos unicelulares, nematodos, pequeños artrópodos y especies de bacterias que existen en nuestros suelos. Hifas fúngicas, que excavan bajo tierra como las raíces de las plantas, habían crecido rápidamente hacia las profundidades de los poros de nuestro suelo ciborg, creando una conexión viva directa entre el suelo real y nuestros chips.
Esto significaba que podíamos estudiar un fenómeno conocido solo a partir de estudios de laboratorio: las “autopistas fúngicas” a lo largo de las cuales las bacterias “hacen autostop” para dispersarse por el suelo. Las bacterias suelen dispersarse a través del agua, así que al hacer que algunos de nuestros chips estuvieran llenos de aire pudimos observar cómo las bacterias se cuelan en nuevos poros siguiendo los brazos tanteadores de las hifas fúngicas.
Inesperadamente, también encontramos un gran número de protistas –organismos unicelulares enigmáticos que no son ni animales, ni plantas, ni hongos– en los espacios alrededor de las hifas. Claramente, ellos también se suben a la autopista fúngica, un fenómeno hasta ahora completamente inexplorado.
Como investigamos varios cientos de posibles trayectos dentro de nuestros chips de suelo ciborg, incluidos varios miles de espacios porosos individuales, también pudimos cuantificar que esto ocurría con frecuencia. Esto demuestra que las hifas deben ser un vector importante para la dispersión de una gran variedad de microorganismos nadadores, lo que les proporciona una ventaja importante a la hora de buscar alimento en las microciudades subterráneas.
Ingeniería subterránea
En nuestro estudio también quisimos explorar cómo y por qué medios se construyen las ciudades microbianas. Una forma de hacerlo fue observar cómo los minerales del suelo se abrían paso hasta nuestros chips, creando bolsas de espacio de suelo real dentro de las estructuras artificiales que habíamos colocado en el terreno.
Cuando nuestros chips empezaron a secarse, observamos cómo el agua es succionada a través de los poros del suelo: un tsunami de movimientos de agua al que los microorganismos del suelo están expuestos con regularidad, a medida que la lluvia y el sol alteran sus pequeños mundos. Los patrones resultantes en los minerales del suelo se parecían exactamente a un sistema de lecho de río en nuestro mundo macro.
Y no son solo las fuerzas físicas las que dan forma al hábitat de los microbios del suelo. Con sus fuertes puntas hifales, los hongos a menudo actúan como “ingenieros de ecosistemas”, abriendo pasajes y bloqueando otros con sus células. Son responsables de muchas de las calles, avenidas y puentes de la metrópolis microbiana.
Más sorprendentemente, descubrimos que otros organismos, menos “fuertes”, también alteran la estructura microscópica de los suelos. Un ciliado, por ejemplo, que posee pequeñas extensiones similares a pelos para desplazarse, también puede remover el suelo con su vigorosa búsqueda de alimento.
Suelo, ciencia y sociedad
Nuestro estudio sobre el suelo ciborg ayuda, en última instancia, a conectar la ecología de campo con los estudios de laboratorio controlados. Combina las ventajas de estudiar comunidades de organismos del suelo realistas y complejas, al tiempo que controla y ajusta cuidadosamente factores como el suministro de nutrientes o la temperatura, de modo que podemos observar cómo los suelos y sus microbios reaccionan a los cambios que se producen sobre la superficie.
Pero hay otro beneficio. Creemos que observar el mundo oculto de los suelos y sus intrigantes habitantes podría ayudar a las personas a implicarse emocionalmente con este ecosistema vital. Desde hace mucho tiempo, otros ecosistemas cuentan con animales carismáticos que representan las iniciativas de conservación. Los suelos, en cambio, siguen asociados con la suciedad y lo sucio. Sin embargo, los suelos sustentan el 95 % de nuestra producción de alimentos. Almacenan más del doble de la cantidad de carbono que la biosfera y la atmósfera juntas.
Queremos mostrar que, cuando hundes tu cucharilla en la tierra, estás excavando los estratos superiores de una apasionante metrópolis secreta que contiene una cuarta parte de las especies de la Tierra. Los encantadores organismos de tu cucharilla no están sucios: en silencio, proporcionan servicios ecosistémicos vitales que sostienen toda la vida sobre la superficie. Estos habitantes de la ciudad del suelo necesitan con urgencia una mejor protección.
