En todo el mundo, las plantas emiten alrededor de 100 millones de toneladas de monoterpenos a la atmósfera cada año. Estas moléculas orgánicas volátiles incluyen muchas fragancias, como la molécula pineno, conocida por su aroma fresco a pino. Dado que estas moléculas son altamente reactivas y pueden formar pequeñas partículas de aerosol que pueden convertirse en núcleos para las gotas de las nubes. Las emisiones naturales juegan un papel importante en nuestro clima. Por lo tanto, es importante para las predicciones climáticas saber cómo cambiarán las emisiones de monoterpenos a medida que aumenten las temperaturas.

Al igual que con el pineno, muchos monoterpenos se presentan en dos formas de imagen especular:(+) alfa-pineno y (-) alfa-pineno. Las plantas pueden liberar ambas formas de estas moléculas volátiles directamente después de la biosíntesis o de las reservas de almacenamiento en las hojas. Debido a que las dos formas quirales o enantioméricas tienen propiedades físicas y químicas idénticas, a menudo no se las considera por separado en el modelado atmosférico. Sin embargo, en un nuevo estudio publicado esta semana en Nature , investigadores del Instituto Max Planck han demostrado que las dos moléculas de imagen especular se liberan a través de diferentes procesos en la planta y que responden de manera diferente al estrés, particularmente a la sequía.

Tres meses de estrés por sequía en una selva tropical artificial

Los resultados provienen de experimentos realizados en una selva tropical artificial cerrada dentro del complejo Biosphere 2, en Arizona, que se construyó originalmente para crear ecosistemas autosuficientes. Esta instalación permitió a un equipo de científicos del Instituto Max Planck de Química, la Universidad de Freiburg y la Universidad de Arizona controlar con precisión las condiciones químicas y climáticas del bosque y medir sus respuestas. Durante tres meses, el equipo científico sometió al bosque a un estrés por sequía moderado y luego severo.

Utilizando cromatógrafos de gases, Joseph Byron un Ph.D. estudiante en el proyecto de la Escuela de Graduados Max Planck, determinó las emisiones por hora de alfa-pineno, canfeno, limoneno, terpineno e isopreno. Para determinar cuándo emitían las plantas qué forma quiral, los investigadores utilizaron CO₂ marcado isotópicamente. para rastrear el carbono fotosintético e introdujo dióxido de carbono "pesado" (13CO₂ ) al aire de la biosfera en determinados momentos. Usando un espectrómetro de masas acoplado al cromatógrafo, el equipo pudo rastrear qué monoterpenos contenían átomos de carbono pesados ​​y cuáles no. Esto reveló qué compuestos etiquetados estaban siendo producidos y liberados instantáneamente por el ecosistema y qué especies no etiquetadas provenían de los depósitos de almacenamiento.

"Para nuestra sorpresa, muchas moléculas espejo se comportaron de manera diferente bajo estrés por sequía", dice el primer autor del artículo, Joseph Byron. "Por lo tanto, (-) alfa-pineno estaba etiquetado, mientras que (+) alfa-pineno, que medimos simultáneamente, no lo estaba. " Esto significa que el ecosistema de la selva tropical liberó (-) alfa-pineno directamente después de la síntesis, mientras que la molécula espejo proviene de los depósitos de almacenamiento de la planta.

Más sequía conduce a un cambio diurno en las emisiones de monoterpenos

Además, los investigadores descubrieron que a medida que avanzaba la sequía, no solo se liberaban más monoterpenos, sino que el máximo de emisiones se desplazaba a última hora de la tarde y las plantas liberaban más monoterpenos de los depósitos de almacenamiento. Y puede haber una razón para esto, sospecha líder del proyecto y científico atmosférico

Jonathan Williams dice:"Sospechamos que la liberación tardía de monoterpenos aumenta la probabilidad de que se formen nubes sobre el bosque. Cuanto más cálido se vuelve durante el día, más aumenta la mezcla vertical del aire, lo que permite que los volátiles reactivos alcancen capas más altas. de aire donde tienen una mayor probabilidad de convertirse en partículas de aerosol y eventualmente nublar los núcleos de condensación".

El investigador de Max Planck, Williams, concluye de los estudios Biosphere 2:"Para predecir con precisión las respuestas del ecosistema al estrés, debemos medir y modelar las emisiones de las moléculas quirales por separado en el futuro. Esto es especialmente importante para la selva amazónica, para la cual los modelos climáticos predicen más sequías. en el futuro."

El líder del grupo del Instituto Max Planck de Química en Mainz agrega:"Estoy fascinado por el hecho de que podemos descifrar los procesos fisiológicos internos del bosque impulsados ​​por enzimas al medir la composición del aire. Esto sin duda nos ayudará a dilucidar los efectos que hemos observado en la selva tropical real también". El equipo de Williams también ha estado realizando investigaciones en la selva tropical brasileña en el Observatorio Amazon Tall Tower ATTO. + Explora más

Una sorpresa quiral en la selva