Kate Scow, profesor de ciencia del suelo y ecología microbiana del suelo en UC Davis, mantiene bolsas de plástico llenas de tierra en su escritorio.

Nos reuniremos en su oficina en Plant y el Edificio de Ciencias Ambientales en el campus, no en Russell Ranch, donde es directora de las instalaciones de investigación únicas de 300 acres de la universidad que estudian los impactos a largo plazo de las prácticas de gestión y el clima en la sostenibilidad agrícola. California finalmente vuelve a llover. "Nuestros suelos están empapados y es un poco difícil moverse por allí en este momento, "dice Scow.

Una de las bolsas está llena de tierra marrón claro que se desmenuza y se mantiene unida en pequeños grupos. Es de un campo de tomates manejado orgánicamente. Otra bolsa contiene un casi sólido, bloque gris de tierra, como un ladrillo de cemento.

"Es porque se labró cuando estaba húmedo. La estructura se ha derrumbado por completo". Agarra la bolsa y la sostiene. "Pero es posible que se sorprenda de que incluso esta roca tenga algunos microorganismos. Están por todas partes".

La ecología microbiana es una de las principales áreas de investigación de Scow. Lo que ella está tratando de entender es cómo podemos reenfocar las prácticas agrícolas "subterráneas" y mejorar la actividad de los microorganismos beneficiosos. Solo algunos de sus proyectos de investigación recientes incluyen analizar la sensibilidad de las bacterias y los hongos a la labranza y los cultivos de cobertura, y los impactos de los fertilizantes minerales en los sistemas agrícolas administrados y no administrados.

Aunque los microbios en el suelo son esenciales para la vida en la tierra, los científicos admiten fácilmente que todavía saben relativamente poco sobre ellos. Lo que sí saben es que son muy, muy abundante y muy, muy diverso.

"Un gramo de tierra, aproximadamente un cuarto de cucharadita, puede contener fácilmente mil millones de células bacterianas y varios kilómetros de filamentos de hongos, "dice Scow.

¿Y cuántos tipos diferentes de organismos podría haber en el suelo? "El suelo es abrumadoramente diverso, con un estimado de 10, 000 a 50, 000 taxones diferentes en una cucharadita de suelo. Estos números son difíciles de adivinar y se siguen ajustando a medida que aprendemos más sobre el microbioma del suelo a través de esfuerzos de secuenciación. "dice Scow, haciendo referencia a la secuenciación genómica, que identifica a los organismos por sus rasgos genéticos únicos.

Un ecosistema vivo

A diferencia de Scow, cuando la mayoría de nosotros pasamos por un campo agrícola recién arado, vemos suciedad. Podríamos imaginar la presencia de algunos errores, tal vez gusanos, pero esencialmente, la mayoría de nosotros vemos el suelo como un sustrato inanimado en el que crecen las plantas.

Pero el suelo es en realidad una entidad viviente, un ecosistema diverso que es uno de los más complejos del planeta. Y es uno que es esencial para la vida humana a través de todas las funciones que proporciona:producción de alimentos, Purificación del agua, reducción de gases de efecto invernadero, y limpieza de la contaminación, para nombrar unos pocos.

"Muchos procesos que son realmente importantes en el suelo, como la descomposición de materia orgánica, entra en la construcción de la estructura del suelo, los agregados, que son las unidades estructurales del suelo, "dice Scow." Estos agregados determinan qué tan bien se drena el agua cuando llueve, qué tan bien se retiene cuando se seca. Y el intercambio de gases, como la capacidad de llevar oxígeno a las raíces de las plantas, está determinado por la estructura del suelo ".

Lo que ves cuando le das la vuelta a una pala de tierra sana no es solo una casualidad. "Los microbios son los arquitectos que construyen esa estructura, ", dice Scow. Y señala que la forma en que manejamos nuestros suelos agrícolas puede determinar si ayudamos o obstaculizamos a estos ingenieros estructurales microscópicos.

Suelos saludables podrían ayudar a mitigar el cambio climático

Los microbios intestinales han recibido mucha atención en los últimos años a medida que los investigadores continúan descubriendo la compleja relación entre la salud humana y lo que vive en nuestros intestinos.

Para los seres humanos existen prebióticos y probióticos útiles. Resulta que las bacterias termófilas Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus en el yogur son buenas para nosotros. Pero, ¿existen "bacterias buenas" similares para plantas y suelos?

Le pregunto a Radomir Schmidt, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Kate Scow, esa pregunta. Él ríe. "Esa es la pregunta del millón de dólares. Sabemos que hay muchos microbios del suelo, pero no sabemos qué hacen muchos de ellos. Todavía no, de todas formas."

Explica que hay microbios útiles en el suelo, pero que los investigadores aún no saben cómo las interacciones entre los microbios del suelo conducen a diferentes resultados prácticos.

Los microbios tienen funciones increíblemente diversas en el suelo. Hay microbios nitrificantes que convierten el amonio en nitrito, y luego nitrato. Hay microbios que pueden metabolizar fertilizantes y pesticidas e incluso contaminantes. Pero aunque se conocen las propiedades de algunos microbios del suelo, aún queda mucho por aprender, como la importancia del trabajo en equipo entre diferentes organismos en la prestación de estos servicios.

Secuestro de carbono en el suelo

Conocí a Schmidt cuando asistía a un taller de microbioma en el campus patrocinado por la Oficina de Investigación para ayudar a los investigadores de UC Davis a establecer contactos sobre posibles proyectos de microbioma interdisciplinarios. Estuvo allí para intercambiar ideas sobre proyectos como el secuestro de carbono.

El suelo se ha convertido en un foco para buscar formas de mitigar el cambio climático. El suelo sano es más resistente en un entorno cambiante. También nutre las plantas, lo que permite a las plantas eliminar el dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, de la atmósfera.

Y el suelo en sí mismo también es un depósito masivo de carbono:alberga los compuestos de carbono de plantas y animales en descomposición, así como todo lo que vive dentro del suelo, desde microbios hasta gusanos y raíces de árboles. Y el carbono es esencial para que los microbios del suelo puedan florecer.

La investigación ha demostrado que los cambios en las prácticas agrícolas podrían aumentar el carbono almacenado en el suelo. Un estudio de 20 años en Russell Ranch encontró que agregar abono y cultivos de cobertura a los campos que cultivaban tomates en rotación con maíz aumentaba la cantidad de carbono del suelo en un 37 por ciento.

Kate Scow también participó en un proyecto a largo plazo dirigido por Jeff Mitchell, un especialista en Extensión Cooperativa de Agricultura y Recursos Naturales de la Universidad de California, que analizó el impacto de la agricultura de conservación en la cantidad de carbono en el suelo. El estudio de ocho años en el Valle de San Joaquín encontró que las prácticas de agricultura de conservación podrían aumentar la cantidad de carbono secuestrado en el suelo en aproximadamente un 45 por ciento.

El estado de California está tan interesado en el potencial del suelo para mitigar el cambio climático que el Departamento de Alimentación y Agricultura de California asignó $ 7.5 millones para la Iniciativa Suelos Saludables, que tiene los objetivos de generar carbono en el suelo y reducir los gases de efecto invernadero agrícolas.

Los estudios exploran el impacto de las técnicas agrícolas en los microbios

El doctorado de Schmidt. está en genética bacteriana. Comenzó en el laboratorio de Scow haciendo secuenciación genética y gradualmente pasó a trabajar más directamente con la agricultura. Le gusta salir del laboratorio. "El proyecto principal en el que estoy trabajando en este momento son los efectos de la agricultura sin labranza y los cultivos de cobertura en el microbioma. Conocemos bastante bien los efectos generales de no labrar el suelo y cultivar cultivos de cobertura, pero sabemos mucho menos sobre los efectos en miembros de la comunidad microbiana, "dice Schmidt.

Por ejemplo, Señala que los hongos son particularmente sensibles a las perturbaciones físicas provocadas por la labranza, mientras que muchas bacterias no se ven tan afectadas. Para las bacterias lo que importaba más era la comida, si el cultivo de cobertura estaba allí o no. Puede haber compensaciones con las diferentes prácticas, que es una de las muchas razones por las que la investigación es tan importante.

Y, a veces, los resultados de la investigación son inesperados. Cuando Kelly Gravuer, luego un Ph.D. estudiante en el laboratorio de Scow, hizo un estudio agregando abono de aves de corral a tres tipos diferentes de suelo, estaba bastante segura de que aumentaría la diversidad microbiana en el suelo pobre en nutrientes. No lo hizo. Bajó

"Claramente, todavía tenemos mucho que aprender sobre cómo trasladar los conocimientos adquiridos a partir de experimentos con plantas y animales al mundo enormemente diferente de los microbios, "dice Gravuer.

Lecciones de la deforestación y la regeneración en la Amazonía

Jorge L. Mazza Rodrigues, profesor en el Departamento de Tierras de UC Davis, Recursos de aire y agua, ha estado estudiando el impacto de la deforestación en la selva amazónica desde 2008.

Su primer proyecto fue en Rondônia, un estado cercano a la frontera con Bolivia y con la distinción de tener la tasa más alta de deforestación en la Amazonía. Más tarde, Rodrigues agregó un segundo proyecto de investigación, en el estado de Pará, en el lado norte del Amazonas. "Tienen grandes diferencias en la cantidad de lluvia que reciben, "dice Rodrigues.

Está en el hemisferio norte la mayor parte del año, y este trimestre está impartiendo un seminario sobre métodos en la investigación del microbioma. Nos reunimos en su despacho del Edificio de Ciencias Vegetales y Ambientales. Docenas de cordones de identificación de las diversas conferencias a las que ha asistido cuelgan de su perchero debajo de su casco de bicicleta.

Rodrigues estudia los cambios en el microbioma del suelo cuando los bosques primarios se convierten en pastos. "Hay muy pocos bosques primarios en los Estados Unidos. Entonces, hemos estado trabajando con sistemas tropicales estos días porque esa es la próxima frontera en los sistemas agrícolas ".

Aproximadamente el 20 por ciento de la selva amazónica se ha eliminado, convertido en pastos para la cría de ganado. Brasil se encuentra entre los cuatro principales exportadores de carne vacuna del mundo. El hecho de que Estados Unidos tenga tan pocos bosques primarios es una de las razones por las que Rodrigues intenta evitar juzgar la deforestación en la Amazonía a pesar de su impacto en el medio ambiente.

"Desde mi posición privilegiada, no voy a decirle a nadie que no haga lo que hizo Estados Unidos". Considera que su papel consiste en ayudarles a tomar decisiones. "Podríamos ayudar a las personas si les decimos 'vamos a ayudarlos a lograr lo que quieren lograr'".

Para convertir la selva virgen en pastos, los árboles viejos se quitan y venden, y luego todo lo que queda se quema. Dice que la quema puede durar semanas.

Los cambios en la diversidad de los ecosistemas son obvios y dramáticos después de la conversión. "Ha quitado todas las plantas y los árboles y luego tiene tal vez una hierba. Pasas de una gran cantidad de especies animales a tal vez una o dos especies:vacas y muy pocas aves, "dice Rodrigues.

Cambios debajo de la superficie

Pero lo que está ahí para estudiar es lo que no es tan visible:quiere saber que les ha pasado a los microorganismos del suelo.

El da, como ejemplo, Acidobacterias. La acidobacteria es una gran filo diverso de bacterias. "Como el nombre sugiere, les gusta más un ambiente ácido, suelos de pH más bajo como los que encontramos en la selva amazónica, "dice Rodrigues.

Pero después de que el bosque haya sido quemado, todas las cenizas fertilizan el suelo y aumentan el pH, haciéndolo más alcalino. "A esos tipos no les gusta eso, ", dice. Las acidobacterias que habían estado en el bosque no se encuentran en los pastos." Se han ido porque el medio ambiente ha cambiado ".

Rodrigues ha publicado numerosos estudios sobre el microbioma. Uno miró la pérdida de diversidad de hongos en el Amazonas. Otro artículo reciente analizó el ciclo del nitrógeno-metano en el Amazonas basándose en las comunidades microbianas asociadas con él. En otro, trabajó con investigadores de microbioma de China, que está pasando por el mismo tipo de deforestación que ocurre en la Amazonía.

Y también está involucrado en proyectos más cercanos a casa, incluido un proyecto en California con Kate Scow midiendo las tasas de emisión microbiana de metano que se liberan en las granjas que utilizan estiércol de lechería como compost. "Lo que aprendimos a hacer en el Amazonas lo estamos aplicando a las granjas lecheras de California, "dice Rodrigues.

Debido a que los pastos convertidos en el Amazonas no se fertilizan, terminan con un suelo de mala calidad y generalmente se abandonan después de siete a 10 años. Una señal esperanzadora que ve para la recuperación ambiental en la Amazonía es lo que sucederá a continuación.

"Si todavía tienes bosque alrededor de este pastizal, el bosque empezará a colonizar de nuevo. Comienza como un pasto sucio:algunos arbustos, árboles aquí y allá, luego vuelve a tomar el control. No es tan hermoso y grande como el primario debido al tamaño de los árboles (un árbol grande tarda 350 años en crecer), pero está regresando a ese sistema. Y hemos visto que las funciones microbianas también regresan, "dice Rodrigues.

Señala que un bosque secundario está creciendo y puede capturar más carbono del que pudo capturar el bosque primario que había estado en clímax.

"Mientras mantengamos los corredores y las áreas de bosque primario, puede resembrar esa área. Los animales pueden entrar y salir. Podemos mantener la biodiversidad, y la estructura del medio ambiente ".

La tenacidad de los microbios

Cuando hablamos de la capacidad de los microbios para sobrevivir en entornos tan diferentes, describe cómo había ayudado a un colega a aislar microbios que habían estado viviendo bajo tierra en el permafrost helado en Siberia. Viviendo en el hielo.

"Estaban vivos, pero estaban esperando obtener una cierta cantidad de nutrientes ". Describe cómo un colega diferente aisló microbios viables de los restos congelados de un mamut de la última edad de hielo." Volvieron a la vida. Todavía eran viables, "dice Rodrigues.

"Hay estimaciones de que los microbios han estado aquí durante 3.800 millones de años en el planeta. El planeta alrededor de 4.800 millones de años y los primeros indicios de vida microbiana alrededor de 3.800 millones de años, "dice Rodrigues.

El trabajo de Rodrigues con los microbios le ha dado un gran respeto por los organismos. "Los admiro". El sonrie. "Esos tipos pueden sobrevivir".