Agricultura y secuestro de carbono inorgánico en zonas áridas (Oxalatos)
Fuente: Colaje imágenes Google
Hemos escrito numerosos posts acera del secuestro de carbono por el suelo en forma da carbonatos. De hecho, hará uno ¡30 maños! Bajo la dirección de Enrique Barahona, solicitamos un proyecto acerca de este tema, cuando prácticamente nadie pensaba en ello. Por supuesto fue descartado sin dilación, si bien Enrique finalmente terminó casi en solitario unos estudios cuyos resultados eran muy esclarecedores. Pues bien, hoy os muestro una nota de prensa y su correspondiente artículo en el cual se detalla una posible vía para secuestrar carbono inorgánicamente mediate la agricultura de zonas áridas. ¿¿??. Lo curioso del caso es que entre la nota y parte del texto se explicita perfectamente la importancia que pueden tender las zonas áridas en el secuestro de carbono, así como los mecanismos con los cuales los vegetales precipitan carbonatos en los suelos hasta varios metros de profundidad. ¿¿??. Realmente es así. Ahora bien, una cuestión es lanzar una conjetura y otra bien distinta que se encuentre avalada por los hechos. Ojalá fuera cierto, pero los autores se limitan a explicar los mecanismos y, finalmente, espetan: “el uso del conocimiento basado en inteligencia artificial (IA) del sistema particular suelo-planta-microbio puede permitir la definición de la combinación óptima de plantas oxalogénicas, microbios oxalotróficos y tipo de suelo para el secuestro de carbonatos. De esta manera, la ingeniería del sistema holobionte suelo-planta-microbio podría convertirse en un método prometedor para el secuestro de C en un futuro próximo”. Empero ni un solo dato, ni experimento a la vista. Actualmente con añadir la coletilla del IA puede llevarlo ser un trending topic. Del mismo modo, ninguna valoración de cuanto carbono inorgánico que podría secuestrarse. ¿Cuál es la ingería que proponen? ¿Cómo aplicarla? Lamentablemente, parece que una vez más los autores se limitan a exponer sus ideas, y de hecho lo hacen muy bien. También buena perte de estas últimas eran conocidas. Y ahí se acaba todo. Son centenares de ideas parecidas las que se publican usando los vocablos que más se buscan en Internet.
Sin embargo, para los lectores, a veces, es mejor publicar un buen texto, aunque la propuesta pasará seguidamente al limbo multitudinario en donde se acumulan otras de la misma guisa. Hacen falta más que buenas ideas «encima dela mesa» y más aun cuando prácticamente todo lo explican esta plasmado ya en la literatita científica. Hablamos de la precipitación mediante del “Oxalato de calcio” que excretan los vegetales de zonas áridas, y como es metabolizado por las biocenosis de microrganismos edáficos para que finalmente se acumule en forma de carbonados. De hecho, como veréis añado un el enlace (y un fragmento del texto) a un artículo publicado por unos colegas hispanoparlantes que ya habían sondeado y explorado esta vía, si bien tuvieron la honradez de alegar que, a falta de una mayor información espacial y temporal, no se podían proponer procedimientos con vistas a la implementación de una aventura viable que se dirigiera en tal dirección.
A pesar de todo, el material que os muestro abajo merece ser leído, ya que se trata de un buen manuscrito “didáctico” y rico en datos, en el que las conclusiones “Oxalato de calcio” si, “Oxalato de calcio” penden de alfileres, del mismo modo que el pretencioso titulo “Podríamos secuestrar CO2 «reverdeciendo» las tierras áridas, dicen los científicos de plantas” . ¡Amén!.
Os dejo pues con la traducción al castellano de la nota de prensa y parte del texto de artículo (en acceso abierto), así como algún contenido adicional.
Juan José Ibáñez
Continúa………
“Oxalato de calcio” (Muchas plantas acumulan oxalato de calcio, como se ha informado en más de 1000 géneros diferentes de plantas. [3] La acumulación de oxalato de calcio está relacionada con la desintoxicación del calcio (Ca 2+ ) en la planta. [4]. He aquí una lista de los alimentos que contienen más oxalatos: Espinacas, Soja y derivados, Almendras y cacahuetes, Patatas y boniatos. Remolacha, Judías, Frambuesas y Dátiles, Ruibarbo. Oxalato de calcio
Podríamos secuestrar CO2 «reverdeciendo» las tierras áridas, dicen los científicos de plantas
por Staff Writers; Washington DC (SPX) 26 de septiembre de 2023
Reducir los niveles de CO2 en la atmósfera requerirá más que reducir las emisiones: también necesitaremos capturar y almacenar los volúmenes excesivos de carbono ya emitido. En un artículo de opinión publicado en la revista Trends in Plant Science el 21 de septiembre, un equipo de científicos de plantas argumenta que las tierras áridas como los desiertos podrían ser una respuesta al problema de la captura de carbono.
Los autores argumentan que podríamos transformar los ecosistemas áridos en sistemas eficientes de captura de carbono con una mejor salud del suelo, una mayor eficiencia fotosintética y una mayor biomasa radicular mediante la ingeniería de combinaciones ideales de plantas, microbios del suelo y tipo de suelo para facilitar un proceso biogeoquímico natural llamado vía de oxalato-carbonato para crear sumideros de carbono subterráneos.
«Reverdecer los desiertos mediante la restauración de las funciones del ecosistema, incluido el secuestro de carbono, debería ser el enfoque preferencial», escribe el equipo de investigación, dirigido por el autor principal y científico de plantas Heribert Hirt de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah. «La ventaja de recuperar regiones áridas para reverdecer y secuestrar carbono es que no compiten con las tierras utilizadas en la agricultura y la producción de alimentos«.
El método aprovecha las plantas adaptadas a las zonas áridas que producen oxalatos, iones que contienen carbono y oxígeno que podrían sonar si tienes la mala suerte de sufrir cálculos renales o gota. Algunos microbios del suelo usan oxalatos como su única fuente de carbono, y al hacerlo, excretan moléculas de carbonato en el suelo. El carbonato en general se descompone rápidamente, pero si estos sistemas planta-microbio se cultivan en suelos alcalinos y ricos en calcio, el carbonato reacciona con el calcio para formar depósitos estables de carbonato de calcio.
El carbono circula naturalmente entre la atmósfera, los océanos y los ecosistemas terrestres, pero las acciones humanas han resultado en la acumulación de exceso de CO2 en la atmósfera. Incluso si podemos reducir las emisiones de CO2, los investigadores escriben que el «… Los efectos climáticos del CO2 elevado seguirán siendo irreversibles durante al menos 1.000 años a menos que el CO2 pueda ser secuestrado de la atmósfera».
Los árboles se consideran un sistema ideal para la captura de carbono, pero la reforestación compite directamente con la agricultura por la tierra cultivable. En contraste, las tierras áridas, que constituyen aproximadamente un tercio de las superficies terrestres, no se utilizan para la agricultura.
Actualmente, los ecosistemas áridos soportan muy poca vida vegetal, siendo la falta de agua el mayor factor limitante. Sin embargo, algunas plantas se han adaptado a la vida árida mediante la evolución de diferentes mecanismos para hacer frente a la falta de agua y las temperaturas extremas. Algunas plantas adaptadas a las zonas áridas tienen sistemas de raíces especiales para llegar profundamente al suelo para aprovechar fuentes de agua ocultas, mientras que otras utilizan diferentes formas de fotosíntesis que les permiten minimizar la pérdida de agua durante las partes más calurosas del día. Sin embargo, otras, las llamadas plantas «oxalogénicas«, producen grandes cantidades de oxalatos que pueden convertir en agua en tiempos de sequía. Parte del carbono de estos oxalatos se deposita bajo tierra como depósitos de carbono cuando las plantas oxalogénicas se cultivan bajo ciertas condiciones, y es este mecanismo el que los autores quieren explotar para el secuestro de carbono.
«En general, en esta forma de secuestro de carbono, uno de cada dieciséis átomos de carbono fijados fotosintéticamente podría ser secuestrado en carbonatos«, escriben los autores.
Amplificar este proceso biogeoquímico natural en tierras áridas podría convertir estos ecosistemas actualmente improductivos y degradados en sumideros de carbono con suelos y plantas más saludables, dicen los autores. Sugieren comenzar con «islas de fertilidad«, pequeñas bolsas de hábitat reverdecido desde el cual las plantas y los microbios pueden propagarse para formar una alfombra de vegetación.
Los autores estiman que estos enfoques podrían resultar en aumentos significativos en el secuestro de carbono de plantas y suelos en menos de diez años. Sin embargo, señalan que el éxito y la velocidad del método propuesto dependerán de la tasa de crecimiento de las plantas (que tiende a ser lenta en condiciones de escasez de agua) y «… también dependerá de los medios financieros y políticos para aplicar esta tecnología en varios países áridos«.
Informe de investigación: Ingeniería de secuestro de carbono en tierras
Secuestro inorgánico de carbono: la ruta oxalato-carbonato en ambientes kársticos calcáreos
La eliminación del CO2 atmosférico puede ocurrir mediante procesos bióticos y abióticos y puede depositarse en diferentes reservorios naturales tanto en forma orgánica como inorgánica. Uno de los mecanismos para secuestrar carbono de forma inorgánica es la vía oxalato-carbonato (OCP), que deposita carbonatos secundarios al suelo, a partir de cristales de oxalato de calcio. Objetivo. Se realiza una revisión del secuestro de carbono inorgánico, haciendo hincapié en la deposición de carbonatos secundarios en suelos a través de la vía oxalato-carbonato, y analizamos sus implicaciones en ambientes kársticos calcáreos. Hallazgos principales. El OCP se ha estudiado principalmente en suelos ácidos, pero también podría ser importante en suelos alcalinos, ya que aún no se han considerado otras fuentes secundarias de calcio, como las transportadas por el viento (por ejemplo, calcio en el polvo del desierto del Sahara que llega a Yucatán). Península anualmente).
Trascendencia. El estudio del OCP se ha intensificado en los últimos años, resultando para nosotros de especial interés en ambientes kársticos calcáreos, debido a su alta dinámica espacio-temporal dominada por reacciones de carbonatación-descarbonatación. Conclusión. Se han encontrado pruebas de actividad de OCP en entornos kársticos; sin embargo, esta vía metabólica presenta una dinámica espacial y temporal, por lo que es difícil estimar su contribución a la dinámica global del C, y puede contribuir retrasando el retorno del CO2.
Los cactus secuestran el dióxido de carbono atmosférico convirtiéndolo en oxalato y combinándolo con iones de calcio derivados del suelo que finalmente conducen a la formación de carbonato de calcio sólido.
Plantas que originan problemas renales: oxalatos y taninos
Cristales de oxalato de calcio en plantas: morfología y función
Los cristales de oxalato de calcio observados en las plantas pueden clasificarse en cinco tipos principales con base a su morfología: rafidios (cristales en forma de aguja que se agregan muchos por célula), drusas (agregados cristalinos esféricos), estiloides (un cristal alargado con extremos puntiagudos o rugosos), prismas o rombos (solos o en grupo por célula) y arena de cristal (una masa de diminutos cristales). Algunos parámetros físicos, químicos y/o biológicos, tales como la luz, temperatura, pH, concentración de iones y herbivoría pueden afectar la ubicación, tamaño y otras propiedades de los cristales en las plantas.
Los cristales de oxalato de calcio pueden desempeñar varias funciones dentro de la planta, pero aún falta por realizar más investigación al respecto. En la ilustración se esquematizan las principales funciones de los cristales de oxalato de calcio en las plantas. Una de las funciones más importantes de los cristales de oxalato de calcio es la regulación, secuestro o excreción de los iones Ca2+ y/o el mantenimiento del equilibrio iónico. Es decir, mantiene los niveles de calcio dentro de la planta.
Los cristales de oxalato de calcio actúan como un mecanismo defensa de la planta contra los herbívoros. Los cristales tipo aguja tienen un efecto mecánico de punzar a los animales que se los comen, este efecto se ve potenciado por la acción de toxinas proteolíticas. Se ha observado que algunas plantas producen oxalato de calcio como respuesta de defensa inducida.
También se ha sugerido que los cristales de oxalato de calcio pueden secuestrar metales peligrosos como plomo, aluminio, estroncio, zinc y cadmio. Actuando como depósitos inertes para estos metales. En estudios donde se aplicó de manera exógena estos metales a las plantas, estás incorporaron los metales en los cristales de oxalato.
Otras funciones propuestas para los cristales de oxalato de calcio son: dispersores o concentradores de la luz (ayudando que la luz se distribuya más homogéneamente en la capa del mesófilo), soporte estructural (dando rigidez a la planta), entre otras. Aunque la evidencia para soportar estas hipótesis aún es escasa.
Fragmentos traducidos del Articulo Original: Ingeniería del secuestro de carbono en tierras áridas.
(…) Proponemos que la ingeniería suelo-planta-microbioma con plantas oxalogénicas y microbios oxalotróficos podría facilitar el secuestro de C a escala global (….) la reforestación generalmente se dirige a tierras que compiten directamente con la producción de alimentos y muchos bosques naturales se perdieron en los últimos años debido a la conversión de bosques en tierras agrícolas. Por el contrario, un tercio de la superficie terrestre de nuestro planeta es tierra árida que no se utiliza para la agricultura y está sujeta a una degradación significativa. En los últimos años se han puesto en marcha varios grandes proyectos de reforestación para recuperar regiones áridas. Hasta ahora, se ha pasado por alto el potencial de replantar tierras áridas para la captura de C. Proponemos aquí que la reforestación de tierras áridas mediante ingeniería ecosistémica apropiada no solo devolvería tierras apenas cubiertas a la vegetación, sino que también podría proporcionar sitios ideales para el secuestro de C. La ventaja de recuperar las regiones áridas para el reverdecimiento y el secuestro de C es que no compiten con las tierras utilizadas en la agricultura y la producción de alimentos (…) El suelo C (3100 Gt C) comprende carbono orgánico del suelo (SOC) como 1500-1600 Gt C y carbono inorgánico del suelo (SIC) como 700-1700 Gt C y contribuye en gran medida a las reservas totales de C terrestre (…)
(….) Formación SIC y tierras áridas
Las existencias de C de tierras áridas representan aproximadamente un tercio del suelo mundial C y la mayoría de ellas no están en forma de SOC, que está poco presente en los suelos áridos. Las razones de esto son el carácter arenoso del suelo, las temperaturas extremas y la escasez de vegetación (el principal productor de materiales orgánicos). Por el contrario, los suelos áridos son ricos en SIC, principalmente en forma de carbonato de calcio (CaCO3), que puede formarse bajo condiciones específicas: el suelo debe ser alcalino (pH alto), rico en iones de calcio (Ca)2+), tienen baja humedad del suelo y deben tener una fuente activa de bicarbonato (HCO3–).
La formación de SIC puede ocurrir naturalmente por mecanismos abióticos cuando se disuelve CaCO3 cristaliza con bajo contenido de agua del suelo o medios bióticos cuando los microbios del suelo producen carbonatos a través de la vía del carbono oxalato (OCS), que puede precipitar como CaCO3 en presencia de alto Ca2+ concentraciones en el suelo [7.].
SOC y SIC son contrarios en ocurrencia y comportamiento. Mientras que el SOC se encuentra principalmente en la capa superior de suelos húmedos de bosques y pastizales, con niveles muy bajos de SIC, el SIC se encuentra principalmente en suelos áridos e hiperáridos y no solo en la capa superior del suelo sino también hasta profundidades de varios metros [8.]. El SIC es considerablemente más estable que el SOC y puede persistir durante cientos o miles de años en el suelo en condiciones óptimas, pero también se ve afectado por los cambios en el clima, el clima, el uso de la tierra y la agricultura.8.]. (…)
las plantas áridas adaptadas a la tierra, llamadas xerófitas, han evolucionado su morfología, arquitectura y metabolismo a condiciones secas.9.,10.]. Además de las xerófitas anuales de corta duración, los arbustos y árboles perennes adaptados pueden soportar largos períodos de sequía debido a su capacidad para reducir la transpiración y la evaporación [11.]. Algunos arbustos y árboles xerófilos han adaptado su arquitectura radicular para desarrollar raíces primarias que alcanzan decenas de metros en el suelo en busca de agua [9.]. La modificación de la morfología de la raíz y los componentes de la raíz, como la suberina, en los cultivos se ha sugerido como una estrategia para mejorar el contenido de C del suelo [12.]. Sin embargo, la generación y el despliegue a gran escala de tales cultivos podrían llevar un tiempo considerable para conciliar los efectos del suelo, la eficiencia del rendimiento y la calidad de los cultivos con dicha ingeniería genética. En regiones áridas, muchas plantas han adaptado su metabolismo fotosintético al modo C4 o metabolismo ácido crasuláceo (CAM) [9.]. Las plantas C4 almacenan malato derivado fotosintéticamente en células mesófilas antes de la conversión a piruvato y CO2 en celdas de hoja de paquete. CO2 Por lo tanto, se genera sin ningún intercambio de gases y pérdida de agua durante la parte más calurosa del día. Las plantas CAM, como los cactus, cierran sus estomas durante el día y usan malato derivado fotosintéticamente durante la noche con pérdidas mínimas de transpiración para alimentar el ciclo de Calvin. Un metabolismo adaptado específicamente mucho menos conocido en muchas plantas de regiones áridas es el uso del OCS. Usando esta vía, las plantas almacenan carbohidratos como agua metabólica en forma de cristales de oxalato de calcio, que se pueden convertir en H.2O y CO2 durante los períodos de sequía [13.]. Estas plantas se llaman especies oxalogénicas y están ampliamente distribuidas en regiones áridas.
Adaptaciones microbianas a condiciones de tierras áridas – oxalotrophs
Todas las plantas secretan una de cada cuatro C fijas en el suelo para alimentar un mundo microbiano de organismos. Es en este aspecto que los suelos áridos difieren fuertemente de los suelos no áridos en mostrar un gran número de microbios especializados, llamados oxalótrofos, que pueden usar el oxalato derivado de plantas como fuente exclusiva de C [13.]. Los microbios, que proliferan en el oxalato, utilizan los átomos de C para su propio metabolismo, pero uno de cada cuatro C derivados del oxalato es secretado en el suelo como carbonato por los microbios oxalotróficos.13.]. Los carbonatos no son moléculas estables y se convierten rápidamente en H2O y CO2 en suelos ácidos y húmedos, explicando la escasez de carbonatos en estos suelos. Sin embargo, en condiciones alcalinas y en presencia de Ca2+, condiciones típicas de tierras áridas, las moléculas de carbonato pueden precipitar como CaCO3. Este proceso puede ocurrir no solo en la capa superior del suelo rica en biomas, sino también en capas de suelo más profundas, lo que explica por qué el CaCO masivo3 Los depósitos son estables durante cientos o miles de años. En general, en esta forma de secuestro de C, uno de cada 16 C fijados fotosintéticamente podría ser secuestrado en carbonatos.
Secuestro de ingeniería C en tierras áridas
Una combinación de plantas oxalogénicas con microbios oxalotróficos forma parte del sistema para establecer el secuestro de C en tierras áridas. Sin embargo, el sistema es complicado y hay que considerar las particularidades de los respectivos suelos. Los suelos de tierras áridas generalmente no solo tienen una textura pobre con una baja capacidad de retención de agua, sino que el pH alto también contribuye a su escasa biodisponibilidad de nutrientes, por lo que muchas plantas no pueden recuperar nutrientes y crecer en estos suelos.
9.]. Además de la disponibilidad de agua, estas condiciones limitan el crecimiento, la proliferación, el tamaño y la densidad de la vegetación en las regiones áridas y contienen una variedad de microbios especializados para superar estas limitaciones. Estos microbios viven en asociación con plantas terrestres áridas y pueden fijar nitrógeno y ayudar a recuperar fosfato, hierro y otros nutrientes y minerales del suelo.10.]. Sin embargo, el uso del conocimiento basado en inteligencia artificial (IA) del sistema particular suelo-planta-microbio puede permitir la definición de la combinación óptima de plantas oxalogénicas, microbios oxalotróficos y tipo de suelo para el secuestro de carbonatos (Figura 2). De esta manera, la ingeniería del sistema holobionte suelo-planta-microbio podría convertirse en un método prometedor para el secuestro de C en un futuro próximo.