La investigación de un profesor de la Universidad Estatal de Montana sobre química vegetal en las Grandes Llanuras del Norte y las Montañas Rocosas del Norte se ha publicado en Biología del cambio global , una revista destacada que promueve la exploración de las conexiones entre los procesos biológicos y el cambio ambiental.

Jack Brookshire, profesor asociado en el Departamento de Recursos de la Tierra y Ciencias Ambientales de la Facultad de Agricultura de MSU, combinó datos satelitales y muestras de plantas de más de 300 ubicaciones alrededor de las Grandes Llanuras del Norte y las Montañas Rocosas del Norte para examinar las tendencias en ecologización, una métrica que representa la productividad de las plantas a través de la fotosíntesis. El proyecto comenzó en 2016 y fue apoyado por fondos de la Fundación Nacional de Ciencias EPSCoR y una subvención de investigación a través de la Estación Experimental de Agricultura de Montana.

"Los estudios que utilizan sensores remotos muestran que gran parte de la superficie terrestre de la Tierra se ha vuelto más verde durante las últimas décadas, principalmente debido al aumento de dióxido de carbono en la atmósfera, "dijo Brookshire." Sin embargo, También hubo evidencia de que el contenido de nitrógeno vegetal estaba disminuyendo. Nadie había combinado aún los análisis de las tendencias de enverdecimiento de la vegetación con esos cambios en la química de las plantas ".

Brookshire trabajó con colaboradores en la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad Estatal de Idaho, así como a estudiantes de posgrado y pregrado en MSU para examinar si los cambios climáticos regionales o el aumento del dióxido de carbono atmosférico fueron la causa del aumento de la ecologización en Montana y las Grandes Llanuras del Norte en general. Si bien el aumento de la productividad puede parecer un beneficio, Brookshire dijo que la pregunta es qué tan sostenibles son esos aumentos y si el aumento del enverdecimiento cambia la composición química de las plantas.

El trabajo comenzó examinando casi dos décadas de datos satelitales de un programa de la NASA llamado MODIS, que recopila datos de toda la superficie de la Tierra cada 1-2 días. El grupo de Brookshire analizó los datos del índice de diferencia de vegetación normalizada, que mide la cantidad de luz reflejada por las plantas. Más de 20 años, notaron que el enverdecimiento en las Grandes Llanuras del Norte y las Montañas Rocosas del Norte había aumentado significativamente, pero la diferencia fue más pronunciada en las Grandes Llanuras del Norte.

"Los mayores aumentos en el enverdecimiento se produjeron en los lugares donde era más cálido y seco, creemos que porque tienen las ganancias más marginales en respuesta al dióxido de carbono y al cambio climático dados los cambios en la fisiología de las plantas que observamos, "dijo Brookshire." Además, gran parte de las Grandes Llanuras del Norte ha experimentado aumentos en las precipitaciones durante las últimas décadas, y encontramos evidencia de que este ha sido un importante impulsor de las tendencias ecológicas ".

Sin embargo, mientras que las tendencias en ecologización variaron según la ubicación geográfica, Brookshire quería ver si los cambios fisiológicos en las propias plantas eran uniformes en las dos regiones. Si es así, la causa más probable sería el aumento de dióxido de carbono atmosférico. El aumento de dióxido de carbono es global en extensión, y no fluctuaría regionalmente, dijo Brookshire.

Para probar los cambios físicos que ocurren dentro de las plantas, Brookshire se dirigió al herbario de MSU, que alberga miles de muestras de plantas de todo el estado, recopilados durante más de 100 años.

"El herbario es verdaderamente un tesoro de especies de plantas nativas, ", dijo Brookshire." Seleccionamos cuatro especies representativas para los ecosistemas, tres hierbas y una artemisa, y luego tomaron muestras muy cuidadosamente de pequeñas secciones de sus hojas para análisis químico e isotópico ".

Después de analizar las muestras del herbario, El equipo de Brookshire regresó a algunas de las ubicaciones de las muestras de plantas históricas y recolectó muestras contemporáneas para comparar los balances químicos dentro de las mismas especies de plantas hasta 100 años después.

Analizar las proporciones químicas e isotópicas de carbono y nitrógeno en las muestras de plantas históricas y contemporáneas, Brookshire encontró niveles reducidos de nitrógeno y niveles aumentados de carbono en muestras recientes. También encontraron que las plantas habían aumentado la eficiencia del uso del agua (la proporción de la cantidad de dióxido de carbono que absorben por unidad de agua) en más del 30% desde la década de 1970. Estas mediciones confirmaron su hipótesis de que las plantas se estaban ajustando a los cambios en la atmósfera terrestre a lo largo del tiempo.

"Fundamentalmente, las plantas necesitan dióxido de carbono, agua, luz solar y nutrientes, especialmente nitrógeno, para fotosintetizar y crecer, ", dijo." Cuando se aumenta una de esas palancas, los demás tienen que adaptarse. Las plantas en estos ecosistemas se han adaptado al aumento de dióxido de carbono al mantener una proporción constante entre lo que hay dentro de sus hojas y lo que está afuera ".

Brookshire dijo que los cambios a largo plazo en la química de las plantas podrían tener efectos adversos en los ecosistemas. Eventualmente surgirán limitaciones a la ecologización, particularmente en lo poco que las plantas de nitrógeno pueden sobrevivir.

"Las plantas no pueden aumentar la eficiencia del uso de agua o nitrógeno de forma indefinida, ", dijo." Estos hallazgos son importantes para el desarrollo de la próxima generación de modelos de ecosistemas, ya que las plantas probablemente tendrán que ajustar las estrategias de adquisición de nutrientes ".

La composición cambiante de las plantas también podría afectar a las criaturas que comen esas plantas. Con el aumento de dióxido de carbono viene un aumento de azúcares vegetales, y la disminución del nitrógeno conlleva una disminución del contenido de proteínas, lo que podría provocar impactos en la dieta de los herbívoros e incluso cambios en la nutrición de los cultivos que se cultivan en las Grandes Llanuras del Norte y las Montañas Rocosas del Norte para el consumo humano.

"Existe una gran incertidumbre sobre cómo el cambio climático, los aumentos en la productividad de los pastizales y la disminución de la calidad de los tejidos vegetales están afectando los ecosistemas en las Grandes Llanuras del Norte en este momento, ", dijo Brookshire." Es difícil pero importante entender cómo continuarán cambiando durante el próximo siglo y más allá ".