El efecto a largo plazo de mayores niveles de dióxido de carbono en un estudio de campo deja perplejos a los investigadores.
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La historia biológica de este planeta está intrínseca relacionada con la fotosíntesis y el dióxido de carbono. Parte de esta fotosíntesis es realizada por la plantas terrestres. Además, el modo de vida del ser humano moderno depende de la agricultura y, por tanto, de la productividad de las plantas.
Debido a nuestras emisiones de dióxido de carbono generadas por la combustión de los derivados del carbón y el petróleo, la cantidad de dióxido de carbono está aumentando en la atmósfera. Esto está cambiando el clima y acidificando el agua de los océanos, lo que producirá un desastre sin precedentes. Pero, ¿cómo afectará esto a las plantas que dependen del dióxido de carbono? Desde hace ya bastantes años hay un debate sobre este aspecto.
Según la mayoría de expertos, el cambio climático pondrá en peligro la productividad de la agricultura, pero unos pocos argumentan que las emisiones de dióxido de carbono harán que la fotosíntesis sea más efectiva, esto compensará los aspectos negativos del cambio climático y no se producirá una reducción en la producción de alimentos para el ser humano.
En los últimos años ha habido diversos estudios sobre el tema con conclusiones diferentes, pero los resultados de uno publicado recientemente en Science nos dicen que el asunto es mucho más complicado de lo que imaginábamos.
Para poder tener una mejor idea de lo que sucede tenemos que repasar la historia de la fotosíntesis. Como todos sabemos, las plantas toman dióxido de carbono del aire y, gracias a la luz del sol y al agua, fabrican azúcares y liberan oxígeno a la atmósfera.
Pero la fotosíntesis surgió hace miles de millones de años y desde entonces las condiciones en la Tierra han cambiado. Hay un ciclo biológico y geológico en el que interviene el carbono y la meteorización de rocas. Gracias a este sistema termostático, el planeta mantiene unas condiciones de temperatura adecuadas para la vida, añadiendo o retirando dióxido de carbono de la atmósfera. Como el Sol se ha ido haciendo cada vez más brillante, la cantidad de este gas de efecto invernadero en la atmósfera ha ido disminuyendo en promedio.
Por tanto, la cantidad de dióxido de carbono que disfrutaba la fotosíntesis hace miles de millones de años era superior a la actual, así que la fotosíntesis no tenía que ser necesariamente muy eficiente y, por consiguiente, presenta fallos. Las moléculas de CO2 y las de O2 tiene forman similares y la enzima denominada RuBisCO que participa en la fotosíntesis a veces confunde una molécula por la otra. Con la reducción de dióxido de carbono en la atmósfera, las plantas empezaron a tratar de usar moléculas de oxígeno en lugar de las de CO2 demasiado frecuentemente, sobre todo desde hace 30 millones de años, cuando los niveles de dióxido de carbono cayeron a un tercio. Esto supone un coste para las plantas, ya que se lleva recursos y energía.
Encima, conforme la temperatura es mal alta, los errores cometidos por RuBisCO se hacen más frecuentes y el agua se evapora más fácilmente, lo que obliga a la planta a tomar medidas para no secarse, lo que, a su vez, limita la cantidad de agua que llegan a las hojas, lo que dificulta la fotosíntesis. Todo ello consigue que se desperdicien más recursos y que se trate de usar oxígeno en lugar de dióxido de carbono. A una temperatura ambiente de 25 grados se desperdicia un cuarto de la la energía que la planta produce debido a este problema. Si la temperatura sube más se desperdicie aún más energía y el rendimiento y productividad bajan aún más. Según esto último, conforme el cambio climático eleve la temperatura media, la productividad de las plantas debería de caer.
Debido a la escasez de dióxido de carbono y a unas condiciones más secas y cálidas, algunas plantas evolucionaron bajo las nuevas condiciones y desarrollaron, hace entre 5 y 10 millones de años, la fotosíntesis C4 a partir de la tradicional C3. Las especies que usan C4 emplean un proceso en dos pasos que incrementa los niveles internos de CO2 antes de que la fotosíntesis tenga lugar. La fotosíntesis C4 es más efectiva y proporciona una mayor productividad, especialmente en ambientes cálidos y secos. Como ejemplos de plantas que usan la fotosíntesis C4 se pueden mencionar el maíz o la cañá de azúcar. Las plantas con fotosíntesis C3 representan el 97% de las especies y forman los bosques de este planeta.
Según algunos modelos, debido a las emisiones antropogénicas de dióxido de carbono, las plantas de fotosíntesis C3 deberían tener un rendimiento superior en las nuevas condiciones de cambio climático. Esto se confirmó en estudios de campo a corto plazo. También de predijo que no deberían verse afectada la productividad de las plantas basadas en C4, aunque ampliarían su presencia en los ecosistemas conforme el clima se haga más caluroso.
Pero un experimento a largo plazo, del que ya han trascurrido 20 años, está contando un historia más complicada. El experimento BioCON empezó en 1997 a 50 km al norte de Minneapolis (Minnesota). En él se bombea dióxido de carbono al aire libre sobre una parcela con distintos cultivos de plantas de tipo C3 y C4 hasta un equivalente a 550 parte por millón de este gas, que es el doble que en la época preindustrial.
En la primera década del experimento, las hierbas C3 crecieron mejor bajo las nuevas condiciones que las equivalentes de C4. Pero en la segunda década se han invertido los términos y son las plantas de tipo C4 las que han crecido mejor, pues las C3 han producido menos biomasa.
Este resultado ha dejado perplejos a los investigadores, que se han atrevido a proponer que la razón puede estar en la cantidad de nitrógeno disponible en el suelo susceptible de ser absorbido por las plantas. Como el déficit de nitrógeno es un factor limitante del crecimiento de las plantas, una mayor presencia de este elemento en el caso de C4 en forma compuestos adecuados haría que las plantas prosperasen mejor. Especulan que esto se debería a la interacción entre la química del suelo y los microorganismos que hay allí.
Cuando las plantas C3 son expuestas a una mayor presencia de CO2 crecen mejor al principio, pero luego, su crecimiento se ve limitado por la disponibilidad de nutrientes como nitrógeno o fósforo. El empujón inicial en productividad desaparece al mismo tiempo que las plantas C4, mejor fertilizadas por la comunidad microbiana, empiezan a crece más rápido. Es decir, una fotosíntesis más efectiva no significa necesariamente una mayor productividad.
El resultado apunta a que los efectos de la subida de la CO2 sobre la productividad de las plantas en los ecosistemas es más complejo que lo predicho. Las hierbas tropicales bajo C4 podrían absorber más carbono de lo esperado respecto a las C3 que absorberían menos, pero la situación en concreto dependería de las condiciones locales.
El resultado se ha obtenido a partir de hierbas que sobreviven y continúan creciendo año tras año y que, por tanto, son diferentes a cereales como el trigo que tienen un crecimiento anual y mueren al final de la temporada, para ser replantadas al comienzo de la siguiente. Esto significa que el trigo y similares no tienen la oportunidad de desarrollar una interacción con la población microbiana del suelo, a diferencia de las plantas C4 del experimento.
Por tanto, es de esperar que, pese al supuesto optimismo del resultado, la seguridad alimentaria no estaría resuelta gracias a la sobreproducción de plantas de tipo C4. Aunque, supuestamente, tampoco se produciría una caída en la productividad plantas de tipo C3 en cereales de ciclo anual, a diferencia de lo observado en el experimento con plantas más perennes. Pero como la plantas C3 desperdician más recursos a altas temperaturas, el cambio climático hará que se reduzca su productividad, pese a cualquier mejora en la fotosíntesis debido a una mayor presencia de dióxido de carbono. Todo ello sin tener en cuenta el cambio de los patrones de lluvia, las sequías y los fenómenos meteorológicos extremos que conlleva el cambio climático y que afecta negativamente a las plantas.
Estos investigadores se centran ahora su estudio en la comunidad microbiana del suelo, que incluye los hongos que habitan en las raíces de las plantas y los microorganismos descomponedores que liberan nutrientes.
Además del experimento de Minnesota hay otros similares en curso en Birmingham (RU), en Sydney (Australia) y en Brasil. Lamentablemente, otros experimentos del estilo realizados por el departamento de energía de los EEUU en Puerto Rico, Panama y Brasil fueron clausurados antes de que se pudieran observar los efectos a largo plazo relatados.
En u futuro distante, cuando el sol se haga más brillante aún y la temperatura suba aún más, el dióxido de carbono se hará cada vez más escaso en la atmósfera, por lo que la fotosíntesis colapsará y la vida tal y como la conocemos desaparecerá de la Tierra en 700 o 1000 millones de años. Algunos microbios extremófilos serán los últimos en desaparecer.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Foto: Nature.