Por Clare Ziegler, Rosemary Dyson e Iain Johnston

El dióxido de carbono es cambiando el mundoy los niveles son aumentando continuamente. Las actividades humanas están bombeando CO₂ en la atmósfera. Esto está afectando el clima y el crecimiento de las plantas en todo el mundo. Hay una necesidad urgente de conocer el efecto del CO elevado₂ sobre los ecosistemas del mundo, con el fin de hacer predicciones científicas, ambientales y económicas precisas del cambio climático futuro.

Las plantas juegan un papel central en la CO del planeta₂ presupuesto. La fotosíntesis toma CO₂ de la atmósfera y la respiración de las plantas lo libera. Si se absorbe más de lo que se libera, las plantas pueden actuar como sumideros de carbono y reducir los niveles atmosféricos de CO₂. Pero, ¿cuánto sumidero pueden proporcionar las plantas? ¿Y cómo influirá en esto un clima cambiante? Cambio de OC₂ los niveles afectan cómo crecen las plantas. Diferentes plantas pueden responder de manera diferente al cambio de CO₂. Otros procesos en un ecosistema pueden absorber o liberar carbono. Debido a estas complicaciones, a los investigadores les resulta difícil medir cuánto carbono absorben los ecosistemas reales, como los bosques del Reino Unido. En particular, no sabemos cómo los aumentos futuros de CO₂ afectará a los ecosistemas forestales.

En el Instituto de Birmingham para la Investigación Forestal (BIFoR), nos interesa responder a estas preguntas. Pero, ¿cómo podemos estudiar cómo responderán los ecosistemas al futuro CO?₂ niveles? Estamos usando una genial configuración experimental llamada FACE. Esto significa enriquecimiento de carbono al aire libre. En un laboratorio, puede cultivar una sola planta en un gabinete con CO elevado₂ – FACE escala esto hasta el nivel del ecosistema. Nuestro experimento tiene lugar en un bosque de robles de 100 años en Staffordshire. Hemos instalado algunas tuberías a escala industrial en el bosque que bombean CO₂ en regiones enfocadas de unos 30 m de ancho. Estas regiones experimentan una atmósfera con CO₂ niveles elevados en 150 ppm, los niveles previstos para 2050. Esto permite observar la influencia del carbono elevado en las plantas que crecen en su entorno natural. Tenemos muchos proyectos de investigación geniales que analizan muchos aspectos diferentes del ecosistema.

Última vista desde la fenocámara BIFoR

Clare Ziegler es candidata a doctorado en BIFoR y analiza el efecto del CO elevado₂ (ECO₂) en los sistemas de raíces debajo del suelo del bosque. Las raíces son un órgano clave de la planta, proporcionan apoyo y nutrientes. Traen carbono bajo tierra a medida que crecen. Este carbono se transfiere al suelo a medida que mueren. Es necesario comprender su crecimiento, arquitectura, rotación y desarrollo para comprender el carbono en un ecosistema. Sin embargo, son muy difíciles de monitorear de forma no destructiva: ¿cómo se observa un sistema raíz sin excavar? Una solución a esto es usar minirizotrones, que son tubos de plástico transparente hundidos en el suelo. Luego, las raíces que crecen contra el tubo se pueden fotografiar con el tiempo utilizando un equipo de cámara especializado para recopilar datos importantes sobre lo que sucede bajo tierra.

Estas imágenes se recopilan una vez al mes de los 24 tubos en el sitio, la mitad de los cuales experimentan eCO₂ y la mitad de los cuales permanecen en condiciones naturales como control. Analizamos estas imágenes utilizando un software especializado para cuantificar el crecimiento y la dinámica de los sistemas de raíces utilizando factores como la longitud de la rama, el número de ramas y el ancho de la rama. Luego, estos datos se someterán a un análisis matemático para explorar las diferencias entre eCO₂ y raíces de control. Usaremos estos datos para sacar conclusiones sobre el efecto del dióxido de carbono elevado en las raíces de las plantas. También podremos descifrar cómo el comportamiento de las raíces de las plantas afecta el carbono atmosférico. Este trabajo formará un componente importante de la investigación científica y ambiental más amplia que se lleva a cabo dentro del bosque y en todo el mundo.

Recientemente presentamos un trabajo en una Pint of Science evento de divulgación en Birmingham, y quería tener una representación visual del proyecto y lo que estamos viendo. Clare tomó una serie de imágenes que cubren todo el interior de uno de los tubos, que está incrustado en el suelo del bosque cerca de un roble joven y varias plantas debajo del dosel, incluidas zarzas, helechos y campanillas azules. Unió las imágenes para formar una megaimagen que cubría una vista de 360 ​​grados hacia arriba y hacia abajo de todo el tubo, que comprendía una columna diagonal de unos 50 cm de espacio subterráneo. La imagen fue ligeramente retocada en GIMPSolo para suavizar algunos de los bordes creados donde se unieron las imágenes y hacer que la imagen se viera un poco más bonita (el sistema de raíces se mantuvo sin cambios). Al subir esta foto a Kuula, un sitio web de alojamiento de imágenes panorámicas, se creó una representación visual del interior del tubo, que se puede ver fácilmente en cualquier computadora o teléfono móvil. Echa un vistazo aquí ¡Vea si puede encontrar raíces pertenecientes a diferentes plantas que luchan por los nutrientes subterráneos!

Además (literalmente) de este trabajo subterráneo, hacemos muchas otras investigaciones utilizando las matemáticas para explorar cómo crecen y funcionan las plantas. Nuestra investigación ha explorado cómo responden las plantas a otras señales ambientales (como la temperatura), cómo las plantas "tiran los dados" para que  las semillas germinan en diferentes momentos y  cuán eficiente es la fotosíntesis evolucionado durante millones de años.

Clare, Rosemary e Iain trabajan aplicando modelos matemáticos y estadísticas a preguntas sobre ciencias de las plantas en la Universidad de Birmingham. Clara es estudiante de doctorado en el Instituto de Investigación Forestal de Birmingham (BIFoR), Romero es Profesor Titular de Matemáticas Aplicadas, y Iain es becario de Birmingham en Biociencias.