Acuarela que representa la relación entre árboles, hongos y bacterias a nivel mundial. Crédito:Sora Hasler
Dentro y alrededor de las raíces enredadas del suelo del bosque, los hongos y las bacterias crecen con los árboles, intercambiando nutrientes por carbono en una vasta, mercado global. Un nuevo esfuerzo para mapear la más abundante de estas relaciones simbióticas, que involucra a más de 1.1 millones de sitios forestales y 28, 000 especies de árboles:ha revelado factores que determinan dónde florecerán los diferentes tipos de simbiontes. El trabajo podría ayudar a los científicos a comprender cómo las asociaciones simbióticas estructuran los bosques del mundo y cómo podrían verse afectados por un clima más cálido.
Los investigadores de la Universidad de Stanford trabajaron junto con un equipo de más de 200 científicos para generar estos mapas, publicado el 16 de mayo en Naturaleza . Del trabajo revelaron una nueva regla biológica, que el equipo denominó Regla de Read en honor al pionero en la investigación de simbiosis Sir David Read.
En un ejemplo de cómo podrían aplicar esta investigación, el grupo utilizó su mapa para predecir cómo podrían cambiar las simbiosis para 2070 si las emisiones de carbono continúan sin cesar. Este escenario resultó en una reducción del 10 por ciento en la biomasa de especies de árboles que se asocian con un tipo de hongos que se encuentran principalmente en regiones más frías. Los investigadores advirtieron que tal pérdida podría conducir a más carbono en la atmósfera porque estos hongos tienden a aumentar la cantidad de carbono almacenado en el suelo.
"Hay tantos tipos simbióticos diferentes y estamos demostrando que obedecen reglas claras, "dijo Brian Steidinger, investigador postdoctoral en Stanford y autor principal del artículo. "Nuestros modelos predicen cambios masivos en el estado simbiótico de los bosques del mundo, cambios que podrían afectar el tipo de clima en el que vivirán sus nietos".
Uno de los tres mapas que muestra la distribución de árboles que probablemente se asocian con los tres tipos principales de bacterias u hongos simbióticos. Crédito:Brian Steidinger
Tres simbiosis
Oculto para la mayoría de los observadores, estas colaboraciones entre reinos entre microbios y árboles son muy diversas. Los investigadores se centraron en mapear tres de los tipos más comunes de simbiosis:hongos micorrízicos arbusculares, hongos ectomicorrízicos y bacterias fijadoras de nitrógeno. Cada uno de estos tipos abarca miles de especies de hongos o bacterias que forman asociaciones únicas con diferentes especies de árboles.
Hace treinta años, Read dibujó mapas a mano de dónde pensaba que podrían residir diferentes hongos simbióticos, en función de los nutrientes que aportan. Los hongos ectomicorrízicos alimentan a los árboles con nitrógeno directamente de la materia orgánica, como las hojas en descomposición, por lo que el propuso, Tendrían más éxito en lugares más fríos donde la descomposición es lenta y la hojarasca es abundante. A diferencia de, pensó que los hongos micorrízicos arbusculares dominarían en los trópicos, donde el crecimiento de los árboles está limitado por el fósforo del suelo. La investigación de otros ha agregado que las bacterias fijadoras de nitrógeno parecen crecer deficientemente en temperaturas frías.
Probar las ideas de Read tuvo que esperar, sin embargo, porque la prueba requería recopilar datos de una gran cantidad de árboles en diversas partes del mundo. Esa información estuvo disponible con la Iniciativa Global de Biodiversidad Forestal (GFBI), que inspeccionó los bosques, bosques y sabanas de todos los continentes (excepto la Antártida) y ecosistemas de la Tierra.
El equipo alimentó la ubicación de 31 millones de árboles de esa base de datos junto con información sobre qué hongos o bacterias simbióticas se asocian con mayor frecuencia con esas especies en un algoritmo de aprendizaje que determina cómo diferentes variables como el clima, química del suelo, la vegetación y la topografía parecen influir en la prevalencia de cada simbiosis. De esto, encontraron que las bacterias fijadoras de nitrógeno probablemente están limitadas por la temperatura y la acidez del suelo, mientras que los dos tipos de simbiosis de hongos están fuertemente influenciados por variables que afectan las tasas de descomposición, la tasa a la que la materia orgánica se descompone en el medio ambiente, como la temperatura y la humedad.
Uno de los tres mapas que muestra la distribución de árboles que probablemente se asocian con los tres tipos principales de bacterias u hongos simbióticos. Crédito:Brian Steidinger
"Estos son patrones globales increíblemente fuertes, tan sorprendente como otros patrones fundamentales de biodiversidad global que existen, "dijo Kabir Peay, profesor asistente de biología en la Facultad de Humanidades y Ciencias y autor principal del estudio. "Pero antes de estos datos duros, el conocimiento de estos patrones se limitaba a los expertos en ecología de micorrizas o fijadores de nitrógeno, aunque es importante para una amplia gama de ecologistas, biólogos evolutivos y científicos de la tierra ".
Aunque la investigación apoyó la hipótesis de Read (encontrar hongos micorrízicos arbusculares en bosques más cálidos y hongos ectomicorrízicos en bosques más fríos), las transiciones entre biomas de un tipo simbiótico a otro fueron mucho más abruptas de lo esperado, basado en los cambios graduales en las variables que afectan la descomposición. Esto apoya otra hipótesis, Los investigadores pensaron:que los hongos ectomicorrízicos cambian su entorno local para reducir aún más las tasas de descomposición.
Este circuito de retroalimentación puede ayudar a explicar por qué los investigadores vieron la reducción del 10 por ciento en los hongos ectomicorrízicos cuando simularon lo que sucedería si las emisiones de carbono continuaran sin cesar hasta 2070. El calentamiento de las temperaturas podría forzar a los hongos ectomicorrízicos a sobrepasar un punto de inflexión climático. más allá de la gama de entornos que pueden alterar a su gusto.
Mapeo de la colaboración
Los datos detrás de este mapa representan árboles reales de más de 70 países y colaboración, dirigido por Jingjing Liang de la Universidad de Purdue y Tom Crowther de ETH Zürich, entre cientos de investigadores que hablan diferentes idiomas, estudiar diferentes ecosistemas y enfrentar diferentes desafíos.
"Hay más de 1,1 millones de parcelas forestales en el conjunto de datos y cada una de ellas fue medida por una persona en el suelo. En muchos casos, como parte de estas medidas, esencialmente le dieron un abrazo al árbol, ", dijo Steidinger." Tanto esfuerzo, caminatas, sudor, garrapatas días largos, está en ese mapa ".
Los mapas de este estudio estarán disponibles gratuitamente, con la esperanza de ayudar a otros científicos a incluir simbiontes de árboles en su trabajo. En el futuro, los investigadores pretenden ampliar su trabajo más allá de los bosques y seguir intentando comprender cómo el cambio climático afecta a los ecosistemas.
