Un científico de la EPFL junto con colegas de universidades de toda Europa han completado el primer estudio cuantitativo de los cambios que la materia orgánica del suelo procedente de los bosques puede provocar en lagos de gran altitud y latitud una vez que se disuelve en el agua.
Las líneas de árboles están aumentando en todo el mundo como resultado del calentamiento global. Dependiendo de la región, están ascendiendo entre 10 y 100 metros por año, acercando cada vez más los bosques a los lagos de gran altitud y latitud. Sin duda, esto tendrá un impacto en ambos ecosistemas.
Por primera vez, un equipo de científicos ha analizado de cerca cuáles podrían ser las posibles consecuencias a nivel molecular. Sus hallazgos, publicados recientemente en Nature Communications , sugieren que el aumento de las líneas de árboles podría afectar la materia orgánica disuelta (DOM) en lagos de gran altitud y latitud y alterar la composición biogeoquímica del agua del lago.
Específicamente, los científicos observaron que las bacterias naturales expuestas a este nuevo carbono pueden volverse menos efectivas en la producción de biomasa, creando una fuente potencial de emisiones de gases de efecto invernadero. Este descubrimiento es particularmente importante dados los miles de lagos de este tipo que existen en nuestro planeta.
El carbono orgánico del suelo se compone de manera diferente dependiendo de si se encuentra en una pradera alpina o en un bosque. Hasta ahora, los científicos no estaban seguros de cómo reaccionaría el carbono orgánico del suelo una vez que se filtrara en los lagos alpinos y subárticos.
Estos lagos ya contienen pequeñas cantidades de DOM, que desempeña un papel vital como recurso para las bacterias naturales. Pero a medida que avanza la línea de árboles, la composición del suelo que rodea los lagos cambiará y cuando llueva o cuando la nieve se derrita, el carbono orgánico contenido en el suelo será transportado a los lagos.
Este es el proceso que estudió el equipo de investigación, incluido Hannes Peter de la EPFL. Peter es ecólogo y biogeoquímico en el Laboratorio de Ecosistemas Fluviales (RIVER) de la EPFL, que forma parte del centro de investigación ALPOLE sobre ambientes alpinos y polares en Sion.
Las bacterias lacustres generalmente responden al DOM de dos maneras:o se alimentan de él y crecen para producir la biomasa que forma la base de la cadena alimentaria; o lo procesan de manera ineficiente y lo respiran como CO2 . Para estudiar estos mecanismos más de cerca, los investigadores llevaron a cabo experimentos de campo en un lago de alta latitud en el norte de Finlandia y en uno de gran altitud en Austria, y los combinaron con experimentos y análisis de laboratorio.
"Nuestro plan era exponer las bacterias del lago al carbono orgánico de diferentes tipos de suelo", dice Peter. "Recolectamos muestras de agua del lago y agregamos DOM derivado del suelo tanto por encima como por debajo de la línea de árboles, y luego observamos la respuesta de las bacterias.
"Queríamos saber si producirían más biomasa o liberarían CO2 . La respuesta fue que cuando se exponían a DOM derivado del suelo desde debajo de la línea de árboles, las bacterias emitían más CO2 ."
El equipo utilizó un instrumento sofisticado y de alta precisión instalado en una universidad asociada en Alemania para realizar sus análisis. Con este instrumento, pudieron examinar cada molécula de DOM individualmente.
"La tecnología avanzada y los sistemas de alto rendimiento disponibles actualmente para analizar el carbono nos permiten ver el interior de la 'caja negra'", afirma Peter. "Identificamos más de 2500 moléculas contenidas en el DOM y pudimos comprender cuáles las bacterias metabolizaban más rápido.
"También estudiamos todo el proceso de descomposición. Así pudimos concluir que las bacterias de los lagos alpinos pueden emitir más CO2 cuando la línea de árboles suba."
Continúa explicando que las consecuencias podrían ser importantes. "Nuestro estudio fue sólo el primer paso. Sólo observamos cuán eficientes son las bacterias en el manejo del DOM. Se necesita más investigación para determinar cómo el carbono adicional afectará el medio ambiente. Pero lo fascinante de las bacterias es lo rápido que pueden adaptarse a condiciones cambiantes."
Otro grupo de científicos del centro de investigación ALPOLE de la EPFL también está estudiando los efectos del cambio en las líneas de árboles. Thien-Anh Nguyen, Ph.D. estudiante del Laboratorio de Observación de la Tierra y Ciencias Computacionales Ambientales (ECEO), y sus colegas han desarrollado un programa impulsado por IA que mapea la expansión forestal en los Alpes suizos durante un período de 80 años.
El programa está disponible en código abierto y muestra claramente cómo la línea de árboles se ha desplazado hacia elevaciones más altas en los Alpes de Vaud y Valais.
Nguyen y sus colegas entrenaron sus algoritmos utilizando miles de fotografías tomadas entre 1946 y 2020 y proporcionadas por la Oficina Federal Suiza de Topografía. El desafío era entrenar los algoritmos de manera efectiva a pesar de la amplia gama de calidad y resolución de imagen contenida en el conjunto de datos.
El programa ilustra la rapidez con la que se está produciendo el cambio, principalmente debido a las temperaturas más altas y al abandono de tierras agrícolas, y se utilizará para cuantificar el efecto de estos dos factores.
El estudio de Nguyen, publicado en Remote Sensing of Environment , es el primero en mapear la progresión de la línea de árboles alpinos a una escala tan grande y a un nivel tan granular.
Más información: Núria Catalán et al, El desplazamiento del límite arbóreo puede afectar el procesamiento de materia orgánica disuelta en lagos en altas latitudes y altitudes, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46789-5
Thiên-Anh Nguyen et al, Monitoreo forestal multitemporal en los Alpes suizos con aprendizaje profundo guiado por el conocimiento, Detección remota del medio ambiente (2024). DOI:10.1016/j.rse.2024.114109
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
