Esqueletos grises y larguiruchos manchaban el paisaje ante mí, ahora altos mástiles sin vida, sombras desvaneciéndose de su antiguo esplendor verde; había árboles muertos por todas partes. Pinos ponderosa, pinos piñoneros y troncos secos de enebro caimán cubrían las laderas de las montañas. Estaba en el norte de Nuevo México, en octubre de 2016, cuando vi por primera vez con mis propios ojos cómo es la muerte masiva de árboles. Me quedé boquiabierto al pensar en cuánto tiempo les había llevado a estas carismáticas megafloras convertirse en las figuras dominantes del paisaje que debieron ser en la flor de la vida. Incluso muertos, dominaban la vista, elevándose por encima de todo lo vivo. Durante este viaje, visitaría múltiples sitios y sería testigo de la muerte masiva de bosques a lo largo de los últimos setenta años. La sequía, los insectos y los incendios habían contribuido a la continua destrucción de estos bosques. Ver estos cadáveres en persona era algo conmovedor, ya que las fotografías no logran transmitir la enormidad del asunto.
Este es un momento emocionante para estudiar los mecanismos detrás de la mortalidad de los árboles. Se sabe mucho sobre los factores que contribuyen a la muerte de los árboles, pero una de las mayores fuentes de incertidumbre en la mayoría de los modelos de vegetación sigue siendo el destino del sumidero de carbono terrestre. Sin saber bajo qué condiciones los árboles persistirán o morirán, las predicciones sobre cuánto carbono capturarán las plantas terrestres siguen siendo inciertas. Los bosques dominan este sumidero de carbono terrestre y trabajan diligentemente para capturar concentraciones cada vez mayores de dióxido de carbono atmosférico. Cuando millones de árboles mueran en un corto período de tiempo, estos gigantes podrían pasar de ser un sumidero de carbono a una fuente de carbono. Mejor entendimiento #LoQueMataÁrboles ayudará a refinar nuestra capacidad de predecir el destino de los bosques globales.
Se han realizado investigaciones que destacan las vías de interacción que conducen a la muerte de los árboles: fallo hidráulico, carencia de carbono y ataque biótico. Mi investigación se centra en el fallo hidráulico. Los árboles dependen de una columna continua de agua en su xilema, desde su absorción en las raíces hasta la evapotranspiración en el follaje. Dado que esta agua es atraída contra la gravedad por la demanda de evaporación en la hoja, cualquier ruptura en la columna de agua inutilizará la vía funcional para la planta. Cuando la disponibilidad de agua disminuye en el suelo, la demanda atmosférica de humedad aumenta, o ambas ocurren simultáneamente, la columna de agua de un árbol puede experimentar una tensión significativa. La cavitación ocurre durante el estrés hídrico cuando las tensiones del xilema se vuelven tan negativas que la columna de agua se rompe, permitiendo la formación de una embolia (burbuja de aire). La intensidad y la duración del estrés hídrico pueden provocar una cavitación generalizada en los tallos de los árboles. En algún momento, esta pérdida acumulada de la capacidad de conducir agua a través de la planta puede resultar letal. Mi investigación se propone identificar este umbral.
Para cuantificar los impactos del estrés hídrico, se pueden emplear diversos métodos. Recientemente regresé de un taller sobre métodos en las relaciones hídricas de las plantas (financiado por la NSF y la sección de Ecofisiología de la ESA) en Idaho (un reconocimiento a #Idahydraulics2017), donde aprendí varios métodos para evaluar la respuesta de las plantas al estrés hídrico con la ayuda de expertos en la materia. Solicité asistir al taller para adquirir conocimientos sobre métodos en las relaciones hídricas de las plantas, pero cabe destacar que lo mejor de asistir fue poder conectar con tantas personas que se dedican con pasión a investigar temas similares. Un año después de mi doctorado, sentí que por fin había encontrado a mi gente.
La tensión en el xilema a menudo se mide usando una cámara de bomba de presión. Al agregar una presión igual a la tensión del xilema cuando se cortó una muestra de la planta, el agua emergerá del extremo cortado de una muestra como se muestra en el tweet a continuación.
https://twitter.com/wmhammond/status/865556281565691905
A medida que los árboles se someten a un estrés ambiental cada vez mayor, mayores proporciones de xilema cavitan hasta que el árbol ya no puede suministrar la cantidad mínima de agua necesaria para sobrevivir. Esta relación entre la tensión del xilema y la cavitación se ha caracterizado con curvas de vulnerabilidad, que trazan el porcentaje de pérdida de conductividad (PLC) a lo largo de una tensión de agua de xilema creciente (un potencial de agua más negativo, ver más abajo).
En los árboles que no han sufrido sequía, a medida que disminuye el potencial hídrico, aumenta el porcentaje de pérdida de conductividad. En algunos PLC, estas curvas muestran una respuesta similar a un umbral dramático: un punto de no retorno para las especies que cruzan este punto de estrés. La relación entre el potencial hídrico y el PLC puede desacoplarse durante una sequía posterior. Esto se puede demostrar a través de una técnica llamada tinción activa del xilema. Al pasar el tinte a través de una sección del tallo seco, solo los tejidos que aún conducen agua absorberán el tinte. Esto permite la visualización de vías embolizadas en una vista transversal del vástago. La Dra. Anna Jacobsen brinda una guía extremadamente útil para este método. aquí. Esta guía fue aportada por el Dr. Martin Venturas, de quien tuve el placer de aprender sobre la tinción activa de xilema mientras estaba en #Idahidráulica2017.
Dos retoños de Pinus taeda, con el mismo potencial hídrico (-0.50 MPa), teñidos y seccionados transversalmente. El tallo de la izquierda estuvo expuesto a un estrés hídrico casi letal, se regó y se recuperó. El tallo de la derecha nunca experimentó estrés hídrico. Si bien sus potenciales hídricos inferirían un PLC muy bajo, el tallo que experimentó sequía retiene xilema embolizado. Cuando el agua regresa a una planta en sequía, el xilema funcional restante se equilibra con el nuevo potencial hídrico más alto del suelo. No se ha observado que los conductos embolizados en los árboles se limpien ni se rellenen, y esta embolia restante después del re riego es un legado funcional de la sequía (véanse las imágenes superiores). Aumentar el área conductora requiere el crecimiento de nuevas vías xilemáticas llenas de agua. Como es de suponer, cuando los árboles operan con un PLC alto (incluso en presencia de humedad del suelo disponible), son más vulnerables. Dado que el clima futuro exige un aumento en la frecuencia, duración e intensidad de las sequías en muchas partes del mundo, comprender los mecanismos por los cuales las fallas hidráulicas contribuyen a la muerte de los árboles se vuelve más urgente que nunca. Ya sea trabajando en el campo, en un invernadero o en el laboratorio, a menudo pienso en las montañas de Nuevo México cubiertas de troncos secos de color gris acero. Se avecina una mayor mortalidad de árboles, y debemos trabajar urgentemente para comprender los mecanismos, lo que permitirá realizar predicciones más precisas sobre las áreas con mayor riesgo.
