Investigadores sometieron la única selva tropical cerrada del mundo, Biosphere 2, en Arizona, a una sequía controlada y a su recuperación.
El experimento, llamado Dinámica del agua, la atmósfera y la vida, o WALD, se propuso recopilar todos los datos posibles durante la sequía y el proceso de rehumectación.
Los ecosistemas experimentales permiten a los investigadores comprender la respuesta integral de un ecosistema completo al estrés.
Los hallazgos, publicados en Science, revelan una caída de alrededor del 70 % en el almacenamiento de carbono de la selva tropical, lo que apunta a las preocupaciones sobre la capacidad de los bosques para capturar y almacenar dióxido de carbono de la atmósfera a medida que avanza el cambio climático.
Sin embargo, también descubrieron que una intrincada red de estrategias de uso del agua e interacciones con el suelo puede contribuir a la estabilidad del bosque frente a la sequía extrema.
«En algunos aspectos, el bosque fue sorprendentemente resiliente a la sequía», afirma Laura Meredith, profesora adjunta de la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad de Arizona y una de las tres responsables del proyecto.
La selva tropical acristalada de Biosphere 2, de la universidad, que alberga 90 especies vegetales en una superficie del tamaño de siete pistas de tenis, permitió a los investigadores simular una sequía en todo un ecosistema.
El experimento, llamado Dinámica del agua, la atmósfera y la vida—o WALD, que significa «bosque» en alemán—, se propuso recopilar todos los datos posibles durante la sequía y el proceso de rehumectación. Los investigadores instalaron casi dos millas de tuberías de teflón y más de 133 sensores por toda la selva tropical, de unas tres acres, para recoger simultáneamente mediciones de todo tipo: desde reservas de carbono en la atmósfera y la vegetación hasta procesos del microbioma y del suelo en profundidad.
«Usamos isótopos estables para rastrear el movimiento del carbono y el agua por el ecosistema en condiciones normales y de sequía severa, lo que reveló interacciones sorprendentes entre las plantas y el ecosistema», afirma Meredith.
«Es importante destacar que no todas las plantas respondieron a la sequía de la misma manera. Algunas eran muy sensibles a la sequía y ralentizaron rápidamente sus ciclos esenciales de carbono y agua para actuar con cautela, mientras que otras la toleraban mejor y mantuvieron su funcionamiento incluso en condiciones de sequía más arriesgadas».
En su experimento, los investigadores clasificaron las reacciones de las plantas según su tolerancia a la sequía y su sensibilidad a la sequía, tanto en árboles grandes de dosel como en especies del sotobosque.
«Observamos una de las reacciones más asombrosas entre los árboles grandes tolerantes y sensibles a la sequía», afirma Christiane Werner, profesora de fisiología de los ecosistemas en la Universidad de Friburgo, en Alemania, y una de las responsables del proyecto.
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Los árboles grandes y sensibles a la sequía suelen consumir más agua, sobre todo de la capa superficial del suelo. Como esta se secó primero durante la sequía, esos árboles fueron los que más rápido y con mayor gravedad sufrieron la falta de agua, explica Werner. Los investigadores suponían que los árboles sensibles a la sequía recurrirían de inmediato a los recursos hídricos del suelo profundo.
«En cambio, redujeron drásticamente su consumo de agua y solo recurrieron a sus reservas de agua profunda ante una sequía muy extrema», afirma Werner. «De este modo, conservaron las reservas de agua de las capas profundas el mayor tiempo posible».
Los árboles grandes tolerantes a la sequía conservaron sus hojas del dosel durante más tiempo, proporcionando sombra continua y evitando que el sotobosque sufriera una mayor deshidratación de la capa superficial del suelo.
«La diversidad de respuestas de las plantas a la sequía ayudó a mantener en mayor medida las funciones de ciclo del carbono y del agua de todo el ecosistema, tanto durante el punto álgido de la sequía como al responder rápidamente a la nueva disponibilidad de humedad con la llegada de la lluvia», explica Meredith.
Aunque el almacenamiento de carbono en el sistema forestal disminuyó significativamente a medida que aumentaba el estrés por sequía, las plantas liberaron más compuestos orgánicos volátiles, o COV, que intervienen en la comunicación y la señalización entre los microbios del suelo y las plantas. Los COV son especialmente importantes para la forma en que las plantas afrontan el estrés.
Según los resultados, se produjo una cascada de emisiones de distintos COV, como isopreno, hexanal y monoterpenos; estos últimos pueden favorecer la condensación de las nubes y la formación de lluvia, y quizá servir como mecanismo de protección frente a la sequía.
Aunque las plantas emitían grandes cantidades de COV a la atmósfera, la vida microbiana del suelo interceptó algunos de esos compuestos y redujo la cantidad total que se liberaría a la atmósfera sobre una selva tropical.
«Este papel de contrapeso de los microbios del suelo frente a las emisiones de COV de las plantas persistió incluso durante una sequía severa, lo que indica que debemos tener más en cuenta el papel de la actividad microbiana en los procesos atmosféricos», afirma Meredith.
El equipo de investigación de WALD sigue analizando los datos del experimento y ahora se ha centrado en la escala más pequeña del ecosistema: la vida microbiana. El equipo busca describir los mecanismos de los ciclos del carbono y del agua a esta escala mediante la captura de los perfiles genómicos y metabolómicos de los microbiomas del suelo y de las raíces.
«Los ecosistemas experimentales, como el que tenemos en Biosphere 2, permiten a los investigadores comprender la respuesta integral de un ecosistema completo al estrés», afirma Meredith. «Mientras trabajamos para comprender y predecir el funcionamiento de los ecosistemas en respuesta al cambio global, debemos tener en cuenta los grupos funcionales de plantas y sus interacciones con el suelo y la atmósfera, tanto en estudios observacionales como de modelización».
