Después de colonizar la tierra firme hace unos 470 millones de años, las plantas se han extendido por todo el mundo y ahora se pueden encontrar en todos los continentes: desde el perla antártica en la Península Antártica hasta los Rododendros de los ecosistemas del Himalaya. A pesar de este éxito indiscutible, uno puede imaginar que no todos los lugares son fáciles para vivir y, por ejemplo, hay algunos entornos donde las condiciones son tan adversas que los científicos han decidido llamarlos “ambientes extremos".
Un gran ejemplo de este tipo de entornos son inselberg, que son enormes afloramientos de granito que sobresalen en varios lugares del mundo. En estos lugares las plantas se establecen casi directamente en la roca o en suelos muy poco profundos. Al crecer en un sustrato de este tipo, las plantas se enfrentan a condiciones muy estresantes, como enormes cambios de temperatura a lo largo del día (de 18 °C por la noche a 60 °C al mediodía) y poca disponibilidad de agua. Además, al tratarse de rocas muy antiguas –de unos 540 millones de años– casi se han acabado los nutrientes que podrían ofrecer. Como resultado, los inselbergs reúnen todos los elementos necesarios para hacer que la vida vegetal sea extremadamente desafiante. Sin embargo, contra todo pronóstico, estos imponentes monolitos albergan una gran riqueza de especies, incluidas varias que solo se pueden encontrar en estos lugares. La pregunta es: ¿cómo se las arreglan para vivir en un ambiente tan estresante?
Los ecologistas esperan que las especies tiendan a tener las mismas características en ecosistemas con limitaciones ambientales tan fuertes. En el caso de los inselberg, las especies necesariamente poseerán características que les permitan tolerar el estrés que proviene tanto de las altas temperaturas como de la baja disponibilidad de nutrientes y agua en el suelo; ¡De lo contrario, no podrían vivir allí! Sin embargo, ¿es posible que en este entorno, con tantas especies diferentes, todas y cada una de ellas realmente se comporten exactamente de la misma manera? Tales interrogantes fueron abordados por el investigador colombiano Lina Aragón en su tesis de maestría, que fue publicada recientemente en la Annals of Botany.
El estudio de Aragón nos lleva a Reserva Natural Bojonawi, un área protegida privada en la frontera noroeste de Colombia, donde es posible encontrar algunos afloramientos del Escudo Guayanés –una de las formaciones geológicas más antiguas de la Tierra. Conoció este lugar por primera vez durante el último año de sus estudios de pregrado en la Universidad de los Andes. Su mentora y supervisora, Dra. Eloísa LassoEstaba buscando una estudiante para que viniera como asistente de campo a uno de sus proyectos y, en un giro inesperado de los acontecimientos, ¡Aragón era el único disponible! Dos días después, se embarcaban en un viaje cuyo escenario, en palabras de Aragón, sólo podía describirse como “impresionante”: grandes afloramientos rocosos entre el río y el bosque tropical con una vista fascinante de la sabana en el horizonte.
Sin embargo, en una entrevista con Botany One, confesó que las plantas que viven en los inselbergs eran su debilidad. Ella dijo: “yo No podía creer que pudieran vivir en una roca que al mediodía tenía 60 ºC. No podía entender cómo crecían en una superficie sin suelo, soportando alta radiación, y más de 4 meses sin agua.. Después de regresar, supe que haría algo allí..” De hecho, regresó a Bojonawi y, para su investigación de maestría, ella y su equipo caracterizaron las características morfológicas y fisiológicas de tres especies dominantes y endémicas de diferentes familias: Acanthella sprucei, Mandevilla lancifolia y Tabebuia orinocensis.
Específicamente, midieron 22 características relacionadas con la regulación del agua, la estructura de las hojas y la fotosíntesis, incluido el área y el grosor de las hojas, el tamaño y la densidad de los estomas y la capacidad fotosintética máxima. Este análisis exhaustivo les permitió comprender mejor las estrategias que estas plantas aprovechan para explotar el agua, el carbono y la luz. Sin embargo, tal análisis en las condiciones de la Reserva Natural de Bojonawi no fue nada fácil, ya que implicó transportar dos maletas por valor de miles de dólares a un lugar a unos 700 kilómetros de la capital de Colombia, largas conversaciones con el personal del aeropuerto explicando por qué transportaban tales cosas en en primer lugar e incluso llevando un enorme y ruidoso cargador eléctrico que podría sostener las mediciones en el clima abrasador del lugar. Aun así, los esfuerzos de Aragón y su equipo dieron sus frutos, ya que este análisis detallado ayudó a comprender mejor cómo estas plantas se adaptaron a estas condiciones adversas.
Como se esperaba para estos ambientes, las tres especies exhibieron características morfológicas comúnmente asociadas con la tolerancia al estrés, como hojas pequeñas y gruesas con un alto contenido de materia seca. Estas hojas son óptimas para ambientes estresantes porque su tamaño reducido evita que estén demasiado expuestas a la luz solar y pierdan cantidades excesivas de agua por transpiración. Además, este tipo de hoja está asociada al almacenamiento de recursos, una estrategia que se podría considerar muy útil en entornos donde los nutrientes son extremadamente escasos.
Sin embargo, cuando las características fisiológicas entran en escena, la cosa se pone interesante ya que nos permiten ver que, a pesar de la aparente similitud morfológica de las plantas, existen diferencias muy importantes en su fisiología. En otras palabras, si bien la estructura de las hojas de estos arbustos es bastante similar, ¡la forma en que utilizan el agua, el carbono y la luz no lo es!
Por un lado, encontraron que A. sprucei tenía una estrategia bastante arriesgada en cuanto al uso del agua en comparación con las otras dos especies, ya que tenía la mayor densidad de estomas y el agua podía escaparse rápidamente de ellos. Los estomas son pequeñas estructuras en forma de agujeros que permiten la entrada de dióxido de carbono y la salida de oxígeno. Pero no sólo sale oxígeno, también sale agua. Esta salida de agua a través de los estomas genera la fuerza necesaria para la circulación del agua en las plantas.. Estas características implican que A. sprucei Puede transportar mucha agua muy fácilmente. Sin embargo, tener tantos estomas significa que las posibilidades de pérdida de agua son aún mayores, ¡lo que facilita que las plantas se deshidraten!
Sin embargo, M. lancifolia mostró una estrategia relacionada con una mayor adquisición de carbono, ya que sus hojas eran relativamente más delgadas y livianas que las otras pero tenían mayor capacidad fotosintética, es decir, estaban diseñadas para capturar carbono en lugar de almacenarlo. Por el contrario, A. sprucei las hojas eran más gruesas y tenían menos capacidad de asimilación de carbono, lo que sugiere que estaban especializadas en almacenar carbono en lugar de capturarlo.
Estos resultados son consistentes con lo que los autores encontraron para los rasgos de la fotosíntesis, como A. sprucei tiene un bajo punto de compensación de luz en comparación con otras especies, lo que significa que requiere menos luz para que la fotosíntesis genere suficiente energía para mantener su metabolismo y comenzar a almacenar carbono. Por el contrario, las otras especies, particularmente T. orinocensis, requieren más luz para tener un balance de carbono positivo.
En conjunto, la investigación de Aragón y sus colegas destaca la importancia de evaluar tanto la morfología como la fisiología de las plantas para obtener una imagen más completa de las estrategias que utilizan para ocupar ciertos ambientes y los mecanismos que hacen posibles esas estrategias. Como nos dijo Aragón en nuestra entrevista, “SHace algún tiempo, estas especies pasaron el filtro ambiental impuesto por las condiciones edáficas y climáticas de Inselbergs. Después de eso, han estado utilizando los recursos disponibles y limitados de manera diferente para asegurar su coexistencia.."
Otro resultado interesante de esta investigación es que los rasgos anatómicos fácilmente medibles, como la densidad y el tamaño de los estomas (que se midieron tomando impresiones usando esmalte de uñas!), puede proporcionar información vital sobre cómo las plantas utilizan el carbono y el agua. Por ejemplo, se encontró que están altamente correlacionados con otros rasgos que requieren equipos sofisticados, como la asimilación de carbono. Como resultado, su inclusión en estudios futuros promete información valiosa sobre la fisiología de una planta sin la necesidad de pruebas costosas o que requieren mucho tiempo, un aspecto que sería particularmente importante en sitios remotos, como la Reserva Natural de Bojonawi. Más importante aún, este estudio indica que diferentes especies de plantas pueden emplear distintas estrategias ecológicas para superar los mismos desafíos incluso cuando crecen juntas en las condiciones más duras. La fascinación de Aragón por los entornos extremos no se ha extinguido. Ahora estudiante de doctorado en la Universidad de Miami, está estudiando la páramo, un ecosistema abierto que surge en lo alto de las montañas del trópico americano, por encima de los bosques, donde las bajas temperaturas y la alta radiación son la regla más que la excepción. Esperamos que en el futuro Aragón siga sorprendiéndonos con nuevos descubrimientos sobre cómo las plantas logran establecerse en los lugares más insospechados.
LEE EL ARTÍCULO:
Aragón, L., Messier, J., Atuesta-Escobar, N., & Lasso, E. (2023). Los arbustos tropicales que viven en un ambiente extremo muestran estrategias ecológicas convergentes pero estrategias ecofisiológicas divergentes. Annals of Botany, 131(3), 491-502. https://doi.org/10.1093/aob/mcad002
Carlos A. Ordóñez Parra
Carlos (él/él) es un ecologista de semillas colombiano que actualmente realiza su doctorado en la Universidad Federal de Minas Gerais (Belo Horizonte, Brasil) y trabaja como editor científico en Botany One. Puedes seguirlo en Twitter en @caordonezparra.
Traducción al español y portugués de Carlos A. Ordóñez-Parra.
Foto de portada de Lina Aragón.
