La Vital Importancia de los Organismos del Suelo para Secuestro de Carbono y el Desarrollo Sostenible
Fuente: Imágenes Google
¡Impresionante! Hasta 2015, era impensable que en un mismo día los boletines generales de información científica lanzaran tres noticias acerca de la vital importancia la biología del suelo en la biosfera y la agricultura del futuro. ¡lo que hace la política!. El día que redacto la noticia me han enviado una nota de prensa acerca del papel de los microbios, otra de los hongos y otra de invertebrados en lo que respecta a los temas del título de esta entradilla. Abajo os las reproduzco casi completas, eliminando los detalles espurios y los más técnicos, que podéis visionar al pinchar en los enlaces que nos conducen a cada una de ellas en suajili. No voy a analizarlas ya que se trata más de material divulgativo, con algunos detalles técnicos que aprovechan sus respectivos autores a la hora de promocionar sus indagaciones. Realmente hay detalles que cabría matizar, pero no es el lugar ni el momento. Eso sí, las vías de aproximación son bastante dispares, ya que oscilan desde la museología a la biología molecular. También existen detalles concernientes a la actualización de cifras, respecto a estudios anteriores, que pueden interesar a los expertos. Añado un enlace interesante a otra nota acerca del devastador del arsenal químico de la agricultura industrial, es decir, pesticidas y fertilizantes, que causan estragos a la biosfera de la edafosfera, valga la rebuznancia. ¡Alegremos pues!, de que todo el mundo vaya conociendo, de una vez por todas, la importancia de los suelos en el denominado sistema climático. El contenido más parco es el de la microfauna, por cuanto se deja en el tintero nematodos, rotíferos, tardígrados, enquitreidos, etc., para centrarse tan solo en dos grupos taxonómicos que, obviamente, eran los contemplados en los estudios de los autores de la publicación.
Juan Jose Ibañez
Continúa……
La colección de hongos más grande del mundo puede desvelar los misterios de la captura de carbono
La investigación está descubriendo el papel clave que desempeñan los hongos en la consecución de que los suelos absorban carbono, y cómo las acciones de la humanidad en la superficie están causando estragos en el misterioso mundo de los hongos que se encuentra debajo.
Es difícil echa de menos a los cabezas de cartel en Kew Gardens. La colección botánica de Londres alberga (…)
Pero para las cosas realmente buenas en Kew, tienes que mirar debajo de la tierra. Escondido debajo de un laboratorio en el extremo oriental del jardín se encuentra el fungarium: la colección de hongos más grande del mundo. Dentro de una serie de cajas de cartón verde hay unos 1,3 millones de especímenes de cuerpos fructíferos, las partes de los hongos que aparecen sobre el suelo y liberan esporas.
Esto es básicamente una biblioteca de hongos«, dice Lee Davies, curador del fungarium de Kew. «Lo que esto nos permite hacer es llegar a una referencia de la biodiversidad de los hongos: qué hongos hay en el mundo, dónde se pueden encontrar». Los archivistas, que por alguna razón llevan sombreros de hongo, flotan entre las estanterías, digitalizando afanosamente el vasto archivo, que incluye alrededor de la mitad de todas las especies conocidas por la ciencia. (…)
La propia epifanía de Davies se hace eco de un despertar más amplio de aprecio por estos organismos pasados por alto. En 2020, el libro del micólogo Merlin Sheldrake Entangled Life: How Fungi Make Our Worlds, Change Our Minds, and Shape Our Futures fue un éxito de ventas sorpresa. En el videojuego y la serie de HBO The Last of Us, es un hongo ficticio devorador de cerebros del género Cordyceps el que envía al mundo a una espiral apocalíptica. (La colección de Kew incluye una tarántula infectada con Cordyceps: zarcillos fúngicos que se extienden desde los suaves espacios entre las extremidades del insecto muerto).
Mientras el resto del mundo se está dando cuenta de estos fascinantes organismos, los científicos se están familiarizando con el papel crucial que desempeñan en los ecosistemas. (…)la micóloga Laura Martínez-Suz estudia cómo los hongos ayudan a secuestrar carbono en el suelo y por qué algunos lugares parecen ser mucho mejores para almacenar carbono del suelo que otros.
El suelo es un enorme reservorio de carbono. Hay alrededor de 1,5 billones de toneladas de carbono orgánico almacenadas en los suelos de todo el mundo, aproximadamente el doble de la cantidad de carbono en la atmósfera. Los científicos solían pensar que la mayor parte de este carbono entraba en el suelo cuando las hojas muertas y la materia vegetal se descomponían, pero ahora está quedando claro que las raíces de las plantas y las redes de hongos son una parte fundamental de este proceso. Un estudio de islas boscosas en Suecia encontró que la mayor parte del carbono en el suelo del bosque en realidad provenía de redes de hongos de raíz, no de materia vegetal caída desde arriba del suelo.
La investigación de Martínez-Suz se centra en los hongos micorrícicos, un gran grupo de hongos que coexisten con los sistemas radiculares de las plantas. Los hongos micorrícicos forman redes que pueden rodear y, a veces, dentro de las raíces de las plantas, transfiriendo nutrientes y agua a las plantas a cambio de carbono. Se sabe que alrededor del 90 por ciento de las especies de plantas forman estas redes de comercio simbiótico con diferentes especies de hongos. «Estas plantas están cubiertas por estos hongos. Es increíble. Son pequeños, pero están en todas partes«, dice Martínez-Suz.
Esto tiene serias implicaciones para los planes de plantación de árboles. La plantación de nuevos bosques es una de las principales esperanzas para el secuestro de carbono, pero cada vez hay más pruebas de que las redes de micorrizas podrían ser cruciales para el éxito de estos intentos. Un estudio de replantación encontró que un bosque de abedules y pinos plantados en páramos de brezo en el norte de Escocia no aumentó las reservas de carbono del suelo incluso después de casi 40 años en el suelo. Los investigadores que han llevado a cabo el estudio creen que podría deberse a que la afluencia de nuevos árboles altera las delicadas redes de micorrizas de los páramos ya presentes.
«Reemplazar el conjunto completo de hongos con otros hongos tiene implicaciones para el secuestro de carbono a largo plazo en el suelo y la biodiversidad«, dice Martínez-Suz. Su proyecto actual consiste en comparar muestras de bosques en sitios de baja contaminación como el norte de Finlandia con las de regiones muy contaminadas como Bélgica y los Países Bajos. Los hongos en las regiones contaminadas son menos diversos, dice, y esto podría tener un efecto dominó en qué tan bien esos bosques almacenan carbono.
El principal culpable aquí es la contaminación por nitrógeno, que ingresa a los suelos a través de la quema de combustibles fósiles para la electricidad y el transporte, y a través de la agricultura. Un exceso de nitrógeno cambia la composición de los hongos del suelo, de modo que los hongos que son los mejores para retener nutrientes y bombear carbono al suelo disminuyen.
Pero hay cierta esperanza de que los bosques puedan cambiar las cosas. Un estudio realizado en los Países Bajos descubrió que cuando la contaminación por nitrógeno se reducía, las especies de hongos beneficiosos comenzaban a regresar a los bosques. El peligro, dice Martínez-Suz, es que si los ecosistemas se llevan demasiado lejos, es posible que no queden esporas de hongos para aumentar las poblaciones.
Si queremos comprender mejor cómo estos hongos influyen en los ecosistemas críticos, debemos enfrentarnos a todas estas especies. Los micólogos creen que casi el 90 por ciento de las especies de hongos del mundo aún no se han descubierto, y los archivistas de Kew están solo a la mitad del largo proceso de digitalización de su colección para que los investigadores puedan saber fácilmente dónde y cuándo se encontró una especie.
Alrededor de 5.000 especímenes adicionales ingresan al fungarium cada año, y los estantes están repletos de muestras que esperan ser deshidratadas y almacenadas. Muchos de ellos, dice Davies, son enviados por micólogos aficionados que están fascinados por el mundo de los hongos. «Las personas en instituciones académicas como esta les enviarán cosas para trabajar y hacer identificaciones, porque son expertos mundiales a pesar de que no tienen capacitación formal. Son realmente obsesivos. Es genial».
Este artículo aparece en el número de julio/agosto de 2024 de la revista WIRED UK.
Un nuevo estudio ayuda a desentrañar el papel de los microbios del suelo en el ciclo global del carbono
por la Universidad Northwestern
Imagen del suelo con un primer plano de una bacteria y las vías celulares implicadas en la producción de dióxido de carbono. Los sustratos disponibles a partir de la materia orgánica del suelo se procesan a través de vías específicas con diferente cantidad de flujo de salida de dióxido de carbono. Crédito: Aristilde Lab/Northwestern University
Cuando los microbios del suelo comen materia vegetal, el alimento digerido sigue una de dos vías. O bien el microbio utiliza los alimentos para construir su propio cuerpo, o bien respira su comida en forma de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por la Universidad Northwestern ha rastreado, por primera vez, las vías de una mezcla de desechos vegetales a medida que se mueve a través del metabolismo de las bacterias para contribuir al CO atmosférico2. Los investigadores descubrieron que los microbios respiran tres veces más CO2 de los carbonos de lignina (unidades aromáticas no azucaradas) en comparación con los carbonos de celulosa (unidades de azúcar glucosa), que añaden estructura y soporte a las paredes celulares de las plantas.
Estos hallazgos ayudan a desentrañar el papel de los microbios en el ciclo del carbono del suelo, información que podría ayudar a mejorar las predicciones de cómo el carbono en el suelo afectará el cambio climático.
El estudio, «El flujo desproporcionado de dióxido de carbono en las vías metabólicas bacterianas para diferentes sustratos orgánicos conduce a una contribución variable a la eficiencia del uso del carbono«, se publicó el 11 de junio en la revista Environmental Science & Technology.
«La reserva de carbono que se almacena en el suelo es aproximadamente 10 veces la cantidad que hay en la atmósfera«, dijo Ludmilla Aristilde, de la Universidad Northwestern, quien dirigió el estudio.
«Lo que suceda con este embalse tendrá un enorme impacto en el planeta. Porque los microbios pueden desbloquear este carbono y convertirlo en CO atmosférico2, existe un gran interés en comprender cómo metabolizan los desechos vegetales. A medida que aumentan las temperaturas, habrá más materia orgánica de diferentes tipos disponible en el suelo. Eso afectará la cantidad de CO2 que se emite a partir de las actividades microbianas«.
Experta en la dinámica de los compuestos orgánicos en los procesos ambientales, Aristilde es profesora asociada de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y es miembro del Centro de Biología Sintética y del Instituto Paula M. Trienens para la Sostenibilidad y la Energía. Caroll Mendonça, ex candidata a doctorado en el laboratorio de Aristilde, es la primera autora del artículo. El estudio incluye colaboradores de la Universidad de Chicago.
«No todos los caminos son iguales»
El nuevo estudio se basa en el trabajo en curso en el laboratorio de Aristilde para comprender cómo el suelo almacena o libera carbono. Aunque los investigadores anteriores solían rastrear cómo los compuestos descompuestos de la materia vegetal se mueven individualmente a través de las bacterias, el equipo de Aristilde utilizó una mezcla de estos compuestos para representar a qué están expuestas las bacterias en el entorno natural.
Luego, para rastrear cómo los diferentes derivados de plantas se movían a través del metabolismo de una bacteria, los investigadores etiquetaron átomos de carbono individuales con etiquetas de isótopos.
«El marcaje de isótopos nos permitió rastrear átomos de carbono específicos para cada tipo de compuesto dentro de la célula«, dijo Aristilde. «Al rastrear las rutas del carbono, pudimos capturar sus trayectorias en el metabolismo. Eso es importante porque no todas las vías se crean de la misma manera en términos de producción de dióxido de carbono».
Los carbonos de azúcar en la celulosa, por ejemplo, viajaron a través de las vías glucolítica y de las pentosas-fosfato. Estas vías conducen a reacciones metabólicas que convierten la materia digerida en carbonos para producir ADN y proteínas, que construyen la propia biomasa del microbio. Pero los carbonos aromáticos y no azucarados de la lignina viajaron por una ruta diferente: a través del ciclo del ácido tricarboxílico.
«El ciclo del ácido tricarboxílico existe en todas las formas de vida«, dijo Aristilde. «Existe en plantas, microbios, animales y humanos. Si bien este ciclo también produce precursores de proteínas, contiene varias reacciones que producen CO2. La mayor parte del CO2 Lo que se respira del metabolismo proviene de esta vía«.
Ampliación de los resultados
Después de rastrear las rutas del metabolismo, Aristilde y su equipo realizaron un análisis cuantitativo para determinar la cantidad de CO2 producido a partir de diferentes tipos de materia vegetal. Después de consumir una mezcla de materia vegetal, los microbios respiraron tres veces más CO2 de los carbonos derivados de la lignina en comparación con los carbonos derivados de la celulosa.
«A pesar de que los microbios consumen estos carbonos al mismo tiempo, la cantidad de CO2 generado a partir de cada tipo de carbono es desproporcionado«, dijo Aristilde. «Esto se debe a que el carbono se procesa a través de dos vías metabólicas diferentes«.
En los experimentos iniciales, Aristilde y su equipo utilizaron Pseudomonas putida, una bacteria común del suelo con un metabolismo versátil. Curiosos por ver si sus hallazgos se aplicaban a otras bacterias, los investigadores estudiaron datos de experimentos anteriores en la literatura científica. Encontraron la misma relación que descubrieron entre la materia vegetal, el metabolismo y el CO2 se manifiesta en otras bacterias del suelo.
«Proponemos una nueva perspectiva guiada por el metabolismo para pensar en cómo se procesan las diferentes estructuras de carbono accesibles a los microbios del suelo«, dijo Aristilde. «Eso será clave para ayudarnos a predecir lo que sucederá con el ciclo del carbono del suelo con un clima cambiante«.
Más información: Caroll Mendonça et al, El flujo desproporcionado de dióxido de carbono en las vías metabólicas bacterianas para diferentes sustratos orgánicos conduce a una contribución variable a la eficiencia en el uso del carbono, Environmental Science & Technology (2024). DOI: 10.1021/acs.est.4c01328. pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c01328
Información de la revista: Ciencia y Tecnología Ambiental
Ayudantes desconocidos del suelo: cómo los invertebrados favorecen la descomposición de las plantas
por Stephanie Mayer-Bömoser, Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung
Cuando las plantas o partes de ellas mueren, miles de millones de pequeñas criaturas ayudan a descomponer el material orgánico. Además de microorganismos como bacterias y hongos, también algunos invertebrados que viven en el suelo parecen estar involucrados en este proceso.
Un equipo de investigadores del Centro LOEWE de Genómica Traslacional de la Biodiversidad (TBG) en Hesse, Alemania, y otras instituciones ha comenzado a desentrañar la base genética de la degradación de la pared celular de las plantas en estos invertebrados. Sus hallazgos ayudarán a mejorar las predicciones del ciclo del carbono y los nutrientes en el suelo.
Viven en gran número en el suelo y están representados por una amplia variedad de especies: animales invertebrados microscópicamente pequeños del suelo, como los colémbolos y los ácaros de los cuernos. Descomponen la materia orgánica y liberan nutrientes para las plantas.
En un estudio publicado en la revista Molecular Ecology, los investigadores han descubierto que una proporción mucho mayor de sus especies también puede estar directamente involucrada en la descomposición del material vegetal muerto. Hasta ahora, esta capacidad se ha atribuido principalmente a bacterias y hongos. Para descomponer la celulosa, el principal componente de las paredes celulares de las plantas, los organismos deben ser capaces de producir ciertas enzimas.
En análisis detallados del genoma de diferentes especies de colémbolos (Collembola) y ácaros de los cuernos (Oribatida), los investigadores revelaron que un gen particular que codifica una de estas enzimas especiales está presente en la mayoría de las especies investigadas. Pertenece a una clase de enzimas llamadas glucósidos hidrolasas, que descomponen las moléculas complejas de azúcar en componentes más simples. La celulosa es un polisacárido.
Para su estudio, los científicos analizaron 232 especies de invertebrados del suelo. El proyecto «Monitoreo metagenómico de las comunidades del suelo (MetaInvert)», que tiene su sede en el Centro TBG de LOEWE y proporciona datos genómicos sobre estos organismos poco investigados, ofreció un recurso completo.
«Los nuevos métodos de análisis genómico nos están ayudando a obtener información importante sobre este grupo de animales rico en especies, que es difícil de estudiar debido a su pequeño tamaño y enorme diversidad«, informa el colíder del estudio (…) «Con la ayuda de análisis bioinformáticos, pudimos analizar todas las muestras para detectar la presencia del gen que permite a los animales descomponer la celulosa». El nuevo software desarrollado por la estudiante de doctorado (…)
«En nuestras comparaciones del genoma, también encontramos que la capacidad de degradar la celulosa se adquirió temprano en la historia filogenética de la especie. Esto significa que los invertebrados del suelo probablemente han estado ayudando a descomponer los residuos vegetales durante mucho tiempo, (…) en cooperación con hongos o bacterias que viven en su intestino«.
«Hasta ahora, se sabía poco sobre la contribución de los animales a este proceso de descomposición, más allá de la trituración puramente mecánica. Nuestros resultados ahora destacan que los invertebrados del suelo, como los colémbolos y los ácaros de los cuernos, probablemente desempeñan un papel importante, pero que antes se pasaba por alto, en el ciclo del carbono de los suelos, dada su abundancia en todo el mundo«, continúa Bálint.
Esto se debe a que la mayor parte del carbono fijado en la tierra por la fotosíntesis está contenida en las plantas en forma de celulosa. Se descompone principalmente en los suelos, liberando carbono a la atmósfera.
Basándose en los nuevos hallazgos y sus implicaciones para la comprensión de las redes tróficas y el ciclo del carbono en el suelo, los autores del estudio argumentan que los invertebrados del suelo deben considerarse como un tercer grupo evolutivo y ecológicamente independiente con la capacidad de degradar la celulosa, junto con las bacterias y los hongos.
Los datos también son importantes para calcular modelos que hagan predicciones sobre el desarrollo de los ecosistemas y los ciclos del carbono y los nutrientes.
Más información: Hannah Muelbaier et al, Evidencia genómica de la presencia generalizada de celulasas GH45 entre los invertebrados del suelo, Ecología molecular (2024). DOI: 10.1111/mec.17351
Información de la revista: Ecología Molecular
Un estudio revela que las emisiones de óxido nitroso causadas por el hombre crecieron un 40% entre 1980 y 2020, lo que aceleró enormemente el cambio climático
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