Download ¿Cómo experimentan las plantas el impacto del calentamiento global?

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¿Cómo experimentan las plantas el
CIENTÍFICOS ESPAÑOLES LO ESTÁN ESTUDIANDO
impacto del calentamiento global?
LAS PLANTAS CONSTITUYEN UN ALTO
PORCENTAJE DE LA BIOMASA DEL
PLANETA, DEPENDIENDO DIRECTAMENTE DEL CLIMA MUNDIAL. POR
ESTE MOTIVO, SON LAS PRIMERAS
EN EXPERIMENTAR EL IMPACTO DEL
CAMBIO CLIMÁTICO DE UNA MANERA
DIRECTA Y MUCHO MÁS IMPORTANTE
QUE OTROS SERES VIVOS QUE, DE
e
n apenas 250 años los niveles de
dióxido de carbono atmosférico
han aumentado de 270 ppm de la
época preindustrial a concentraciones actuales de 370 ppm, lo que supone un incremento del 30%. Frente al progresivo
aumento de las concentraciones de este gas
efecto invernadero interesa conocer cómo
reaccionarán las plantas frente a estos cambios para poner en marcha una serie de maniobras que minimicen el impacto sí es
negativo o aprovechar al máximo los efectos beneficiosos que pueda tener.
ALGUNA MANERA, PUEDEN AMORTIGUAR EL IMPACTO.
Arriba:
Las imágenes corresponden a uno de los invernaderos de gradiente térmico (IGT) instalado en
el campus de la Universidad de Navarra en
Pamplona (A), mostrando los tres módulos, divididos por unos septos (B)
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Buscando dar respuesta a esta incógnita,
el departamento de Biología Vegetal de la
Universidad de Navarra (UN) ensaya en
invernaderos de gradiente térmico, una
metodología pionera para analizar el
efecto simultáneo de la temperatura y el
incremento de CO2 sobre las plantas. La
investigación podría convertirse en una referencia científica y ya se han obtenido los
primeros resultados. El responsable de la
investigación, Juan José Irigoyen, destaca
los puntos más interesentes del proyecto
.
Sr. Irigoyen ¿Cómo surgió este estudio?
El departamento de Biología Vegetal de
la Universidad de Navarra donde desarrollo mi actividad investigadora y docente,
inició en 1995 bajo la dirección del catedrático de Fisiología Vegetal Dr. Manuel
Sánchez-Díaz, un estudio sobre el efecto
en la planta del aumento de la concentración de CO2 de la atmósfera. Teniendo en
cuenta que cerca del 90% de la materia
seca de las plantas se sintetiza a partir del
dióxido de carbono durante la fotosíntesis, era de esperar que un aumento en la
concentración de CO2 atmosférico estimulase la actividad fotosintética y el crecimiento vegetal. Queríamos analizar en
profundidad este aspecto de la fisiología
vegetal, y poder contribuir al conocimiento de la respuesta de las plantas a
este cambio del ambiente descubriendo
las bases fisiológicas, bioquímicas y moleculares de dicha respuesta.
Fases del proyecto
En un primer momento investigamos el
efecto del aumento de la concentración de
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CO2 en el crecimiento de plantas de alfalfa
utilizando cámaras de crecimiento (Figura
1), que son pequeños ambientes en los
que controlamos los parámetros ambientales: concentración de CO2, temperatura,
fotoperiodo (intensidad y duración), humedad, disponibilidad de agua, nutrientes
minerales, etc. Estudiamos el efecto de un
aumento en la concentración pasando de
las 370-400 ppm actuales a 700 ppm, que
según las previsiones de los expertos de
seguir el ritmo actual, alcanzaremos a finales del presente siglo. Los ensayos demostraron una fuerte estimulación del
crecimiento vegetal de hasta el 50%. Sin
embargo, al considerar otras variables ambientales como la temperatura, la humedad relativa o la disponibilidad de agua,
pudimos comprobar que la respuesta positiva de las plantas al incremento de CO2,
era muy frágil, y se podía reducir e incluso
anular (Figura 2). Así un aumento de la
humedad relativa de un 45% a un 85%
anulaba totalmente el efecto beneficioso
Invernaderos
del aumento de CO2.
Esto nos llevó a plantearnos
otros ensayos, más cercanos a las
condiciones naturales para comprobar lo observado en los ambientes controlados (cámaras de
crecimiento). Fue así como contactamos con un grupo de investigación del Consejo Superior de
Investigaciones Científicas en el
Instituto de Recursos Naturales y
Agrobiología de Salamaca (IRNAEl equipo investigador que está desarrollando el trabajo.
CSIC, Salamanca). El Dr. Rafael
Martínez Carrasco, actual director
de un grupo australiano. Durante los años
del IRNA y responsable de la línea de in2001 a 2004, pudimos corroborar nuesvestigación sobre el efecto del cambio clitros
resultados en las cámaras de crecimático en el crecimiento de plantas, y su
miento. Observamos que la respuesta al
equipo, venían realizando este tipo de esaumento de CO2, era muy sensible a la
tudios. Comenzamos a colaborar utiliinteracción con otros factores ambientazando los invernaderos que el grupo tenía
les, siendo la temperatura y la disponibilien sus fincas experimentales, los invernadad de agua dos de los factores que más
deros de gradiente térmico (IGT), que el
condicionaban la respuesta de las plantas
propio equipo investigador había desarroal dióxido de carbono.
llado, basándose en unos trabajos previos
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Teniendo en cuenta los resultados obtenidos y con la finalidad de avanzar en otros
aspectos de nuestra investigación, se han
construido e instalado dichos equipamientos en el Campus de la Universidad de Navarra. Hoy en día, se trata de los únicos
equipos que permiten el estudio simultáneo de los parámetros CO2 y temperatura
en el contexto del cambio climático en
condiciones muy cercanas a las naturales,
utilizando un fotoperiodo (intensidad, duración y calidad), humedad y temperaturas que oscilan como en el ambiente.
Invernadero de gradiente térmico
Los IGT son invernaderos de bajo porte
(9,6 m de largo x 2,2 m de ancho x 1,7 m
de alto) en los que, como se puede observar en la figura 3,se generan tres ambientes gracias a unos septos de separación
que no independizan totalmente los compartimentos pero permiten generar un
gradiente térmico. Así, entre el primer
módulo por el que entra el aire del exterior y el último (tercer módulo) por el que
sale el aire se crea el gradiente térmico.
Las plantas en estas instalaciones se someten a concentraciones de CO2 ambiente (alrededor de 400 ppm) o alto (700
ppm), a temperatura ambiente o elevada
(ambiente + 4ºC) así como bien regadas
o sometidas a sequía. De esta forma es posible estudiar las interacciones entre CO2temperatura-disponibilidad de agua, los
tres factores ambientales más importantes en el cambio climático, y que han condicionado el desarrollo vegetal y la
distribución de las especies en nuestro
planeta. En la figura 4 se puede observar
el control de temperatura dentro de los
tres módulos de cada uno de los IGT. Posteriormente se investigarán otras variables ambientales como la humedad
relativa, la nutrición mineral, etc., simu-
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Arriba de izquierda a derecha:
Aspecto de las plantas de alfalfa crecidas en 700 ppm (A) y 400 ppm (D). Limitaciones térmicas redujeron los efectos del CO2 elevado (B y C)
(A) Aspecto de una cámara de crecimiento e (B) interior de la cámara con las plantas del estudio
Abajo derecha:
Control de temperatura en los invernaderos de gradiente térmico (IGT). El sistema de control mantiene permanentemente un gradiente de 4ºC entre los módulos primero, a temperatura ambiente
(línea azul) y el módulo tres, a temperatura ambiente + 4ºC (línea verde).
lando los diferentes escenarios que se proponen para diferentes zonas del planeta
afectadas por el cambio climático.
Resultados
En general, el efecto beneficioso del aumento de CO2 en el crecimiento vegetal
es mayor en las cámaras de crecimiento
que en los IGT (estimulaciones de hasta
el 50% en las cámaras frente a aumentos
del 20% al 15% en los IGT). En ambos
casos se observa y se ratifica que la temperatura es un factor que condiciona la
respuesta al CO2. Las temperaturas bajas
limitan la respuesta, mientras que valores
de temperatura elevados estimulan el
efecto del CO2, aunque si los rangos térmicos fuesen muy elevados (supraóptimos) se podrían anular los efectos
estimuladores del CO2.
También se ha confirmado que cuando
las plantas llevan creciendo un periodo
más o menos largo en CO2 elevado
(más de 3-4 semanas) sufren un
proceso de aclimatación que reduce los efectos beneficios del aumento de CO2 en el crecimiento
de la planta. No obstante, como
consecuencia de este fenómeno
de aclimatación, la composición
de la materia vegetal sufre unos
cambios notables que afectan de
forma especial al contenido en
azúcares y proteínas.
Los datos apoyan que las plantas
responderán positivamente al aumento del
CO2, si bien la respuesta puede verse más
o menos condicionada por otros factores
que pueden resultar más limitantes como
el agua o la disponibilidad de nutrientes
minerales. El rango de temperaturas a las
que se adapta la especie o la variedad vegetal puede ser un aspecto muy a tener en
cuenta a la hora de delimitar los efectos
del cambio climático. No olvidemos tampoco que el aumento de CO2 puede contribuir a frenar la velocidad con la que las
plantas utilizan el agua en el suelo, lo que
permite una producción vegetal más eficiente en el uso del agua.
Por último, querríamos destacar que
todos estos estudios se han podido llevar
a cabo gracias al apoyo de organismos
tanto públicos (Ministerios de Educación
y Ciencia y de Ciencia y Tecnología) como
privados (Fundación Caja Navarra y Fundación Universitaria de Navarra).