Sistemas productivos: microorganismos, suelos y sostenibilidad

Ana E. Escalante

Suelos, diversidad microbiana y función ecosistémica

06Fig02Los suelos son sistemas complejos. Los microbios del suelo juegan un papel importante ya que contribuyen al ciclado de nutrientes y en los ciclos biogeoquímicos. Imagen: modificada de The Importance of Soil Organic Matter. FAO.Mantener los pies en la tierra, coloquialmente, se refiere a no dejarse llevar por ilusiones falsas; a ser realista. Esta frase tan común debería hacernos conscientes de la importancia del suelo, el substrato al que se ancla la vida en prácticamente todo el planeta. Los suelos son recursos no renovables y constituyen sistemas complejos por su heterogeneidad (variaciones del suelo por áreas, temporadas y circunstancias). Esta complejidad dificulta la selección de indicadores que sean útiles para medir y monitorear la calidad del suelo y que puedan integrarse a programas de manejo y conservación. Los suelos son la matriz en la que ocurren los procesos biogeoquímicos que permiten el reciclaje y la reincorporación de nutrientes, de un modo que permita el funcionamiento de los ecosistemas naturales y de los sistemas socioambientales, y que permita, en última instancia, la subsistencia de las poblaciones humanas.

     Los microorganismos del suelo desarrollan un papel fundamental en los procesos biogeoquímicos (ver El 26, hierro: la Geomicrobiología y las bacterias magnetotácticas en Oikos= 16) y así contribuyen a su fertilidad, así como a la productividad y la salud de las plantas. Adicionalmente, estas comunidades son lo suficientemente sensibles a las variaciones ambientales y a los cambios de uso de suelo como para poder fungir como bioindicadores de cambios en su calidad.

     Los organismos del suelo están asociados a la diversidad vegetal. La biota del suelo se ve afectada por la cantidad y calidad del material vegetal que se le incorpora durante el proceso de descomposición y por las diferentes condiciones ambientales, incluso a escala microscópica, que generan las comunidades vegetales.

     Recientemente se ha documentado que esta relación es bidireccional: los microorganismos del suelo afectan la calidad del tejido de las plantas, y las plantas a su vez afectan a las comunidades de microorganismos del suelo. Es por eso que un mejor entendimiento de estas relaciones promete la posibilidad de identificar aspectos del suelo (físicos y biológicos) que puedan incorporarse como indicadores del estado general del sistema (suelo-planta-microorganismos) en relación con las propiedades ideales del mismo (por ejemplo, resiliencia ante perturbaciones o resistencia a las plagas).

Diversidad microbiana de suelos y funcionamiento de los ecosistemas

06Fig01Presentación de las capacidades del Laboratorio Nacional de Ciencias de la Sostenibilidad (LANCIS) ante diversos funcionarios en la Sala de Inmersión del Anfiteatro de Decisiones del LANCIS. Esta sala es, una herramienta de investigación diseñada para facilitar la comunicación y la toma de decisiones en una planeación colaborativa. En las pantallas se muestran simulaciones computarizadas de sistemas socioambientales. Fotografía: Rocío Brito García.Conocer el componente microbiológico de los suelos de los sistemas productivos es esencial para la predicción y toma de decisiones sobre clima futuro, fertilidad del suelo, remediación de desastres causados por daños industriales, almacenaje de carbono, ciclaje de nutrientes y bienestar humano; es decir, para que la sostenibilidad de estos sistemas socio-ecológicos (SSE) sea posible. Sin embargo, la investigación sobre la relación entre la diversidad microbiana y su contribución al funcionamiento de los ecosistemas aún es escasa.

   En el informe de 2010 para la Línea Base Nacional de Degradación de Tierras y Desertificación, la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), la Comisión Nacional Forestal (CONAFOR), la Universidad Autónoma de Chihuahua (UACh) y el Sistema Nacional de Lucha Contra la Desertificación (SINADES), reportaron que el 90% de los suelos del país tiene algún tipo de degradación; es de esperarse que, dado el patrón de cambio de uso de suelo, el porcentaje en la actualidad sea mayor. La acelerada degradación de los suelos y la consecuente pérdida de biodiversidad ponen en grave riesgo el mantenimiento y la productividad de los ecosistemas naturales, los agroecosistemas y los sistemas agroforestales, lo que constituye un grave problema nacional.

     En México, la CONAFOR ha iniciado el Sistema Nacional de Monitoreo de Degradación de Tierras y Desertificación, y la SEMARNAT ha desarrollado la Estrategia Nacional de Manejo Sustentable de Tierras. No obstante, estos planes de alcance nacional no toman en cuenta el monitoreo, conservación y aprovechamiento de la diversidad microbiana.

     Dado el papel clave de los microorganismos en los procesos que ocurren en los suelos, es necesario considerar el componente microbiano en la elaboración de indicadores de degradación y en cualquier plan de mitigación y restauración sostenible de suelos.

Estudiar la diversidad microbiana y las funciones ecosistémicas

06Fig03El LANCIS es una entidad de frontera en la que se co-produce, traduce y comunica conocimiento y se media entre actores académicos y sociales para así tomar mejores decisiones para lograr la sostenibilidad. Fotografía: Rocío Brito García.Si bien aún es escasa, la investigación sobre los mecanismos que relacionan la diversidad de microorganismos con las funciones ecosistémicas que desempeñan ha cobrado gran ímpetu en la última década. Este tipo de investigaciones son relevantes debido a la necesidad de entender mejor, por ejemplo, las consecuencias del cambio climático, y son necesarias para mejorar las predicciones y decisiones relacionadas con el manejo de ecosistemas. Hoy este tipo de investigación es posible gracias a los avances tecnológicos que permiten el estudio de la diversidad microbiana en ambientes naturales, de manera independiente del cultivo en laboratorio.

     Ejemplo de estos avances son, entre otros, las herramientas de tipo genómico. Éstas permiten estudiar a las comunidades microbianas completas, con lo cual ha sido posible indagar lo que sucede cuando se altera la biodiversidad de dichas comunidades, en relación con las funciones que cumplen; a esto se le llama metagenómica (ver El reto de estudiar conjuntos de genes). Históricamente, para conocer la diversidad de las comunidades microbianas era necesario trabajarlas de manera controlada en el laboratorio en cajas Petri (en los llamados cultivos selectivos). No obstante, mediante esta técnica sólo se logra caracterizar alrededor del 1-10 % de los microbios totales de las muestras ambientales, lo cual no es realista si queremos conocer su diversidad en los ecosistemas naturales. Para ello, la alternativa es obtener todo el material genético de las muestras ambientales (ver De la genómica a la sostenibilidad: el caso de México en Oikos= 17).

Investigación para desarrollar indicadores de sostenibilidad

La investigación en ciencias de la sostenibilidad tiene como objetivo generar conocimiento útil para la sociedad y para la toma de decisiones que faciliten el tránsito hacia un futuro sostenible (ver artículos de Ana Escalante et al. en números previos de Oikos=). El que este conocimiento tenga una aplicación útil se denomina vinculación y forma parte de la investigación transdisciplinaria.

06Fig04Ejemplo de geovisualización (visualización simulada computacionalmente de las consecuencias de la interacción entre los ecosistemas y la sociedad y de las decisiones de los actores involucrados). Fotografía: Rocío Brito García.     Este proceso de vinculación se desarrolla en las denominadas entidades de frontera. La función de estas entidades es la coproducción, traducción, comunicación y mediación del conocimiento entre actores académicos y sociales, con la finalidad de que se tomen las mejores decisiones orientadas hacia la sostenibilidad.

     Dentro del Instituto de Ecología de la UNAM, el Laboratorio Nacional de Ciencias de la Sostenibilidad (LANCIS) se concibe como una entidad de frontera y por ello se compromete con la vinculación. En este tipo de entidades es muy importante traducir los hallazgos de manera que sean accesibles conceptualmente para cualquier persona, para que así esta información pueda ser considerada en las decisiones pertinentes. De esta forma, el trabajo transdisciplinario en una entidad de frontera debe contar con la participación de académicos de otras áreas de conocimiento más allá de la ecología, así como de distintos actores sociales, para lograr la traducción, estimación de riesgos, generación de escenarios y desarrollo de plataformas que sostengan la toma de decisiones. En este tipo de labor, es necesaria la generación de modelos que hagan explícita la interacción entre los ecosistemas y la sociedad, y que permitan la visualización simulada computacionalmente de las consecuencias de esta interacción y de las decisiones de los actores involucrados (ver El desarrollo urbano depende de infraestructura sociopolítica transparente). Es por eso que resulta de enorme ayuda contar con indicadores del estado de los ecosistemas (como los suelos) que puedan incorporarse como aproximaciones realistas a estos modelos.

Entonces, ¿cómo hacemos para que la biodiversidad de microorganismos del suelo se considere en la toma de decisiones?

06Fig05Modelo mental de la situación de los suelos en México. Estos modelos mentales son una manera de ilustrar la complejidad de un problema y ayudan a trazar soluciones que, además de proteger los ecosistemas, satisfagan las necesidades de todos los actores involucrados. Imagen: Denise Arroyo, Mariana Benítez, Jennifer Mejía, Karla Peña, Víctor Piña, Adriana Uscanga, Valeria Vázquez, Ana Wegier, Diana Ysimoto e Isaura Zamora López (diseñadora).

Actualmente, casi todo el mundo está de acuerdo en que las comunidades microbianas tienen una gran influencia en el “buen funcionamiento” de los ecosistemas, incluidos los agroecosistemas o sistemas productivos. Lo que a veces no es tan obvio es que las decisiones relacionadas con el manejo de los ecosistemas necesitan tomar en consideración a los motores funcionales de estos últimos: los microbios.

     En el LANCIS estamos desarrollando un proyecto muy ambicioso en el que caracterizamos a nivel socio-ecosistémico distintos cultivos (café, aguacate, maíz, frijol), bajo diferentes condiciones climáticas y manejos agroforestales. Esto significa que estamos colectando información sobre la diversidad de microorganismos en el suelo, sobre las características de nutrición y textura del suelo, sobre diversos aspectos del estado nutricional de las plantas, y sobre la diversidad de herbívoros y polinizadores. Al mismo tiempo, tenemos información acerca de las distintas prácticas de aprovechamiento del ecosistema y estamos estudiando las motivaciones que llevan a los productores a tomar las decisiones que determinan el tipo de prácticas que llevan a cabo en sus parcelas.

     De este modo esperamos encontrar indicadores que reflejen la constitución de la biodiversidad del suelo, y que sean aproximaciones realistas del estado del ecosistema. Finalmente, esperamos entender cómo la toma de decisiones y las prácticas de los productores se ven reflejadas en el estado de los ecosistemas, y cómo ellos perciben las consecuencias ecosistémicas de sus intervenciones. Idealmente, dentro de un esquema transdisciplinario, ésta debería ser información producida de manera conjunta, con el potencial para influir en futuras decisiones.

Para saber más

  • Allison, S. D. y J. B. H. Martiny. 2008. Resistance, Resilience, and Redundancy in Microbial Communities. Proceedings of the National Academy of Sciences 105. E.E.U.U. 11512–11519.
  • Bennett, E. M. et al. 2015. Linking Biodiversity, Ecosystem Services, and Human Well-Being: Three Challenges for Designing Research for Sustainability. Current Opinion in
    Environmental Sustainability 14: 76–85.
  • Bradford, M. A. y N. Fierer. 2012. en The Biogeography of Microbial Communities and Ecosystem Processes: Implications for Soil and Ecosystem Models. Soil Ecology and Ecosystem Services (Ed. Wall, D. H.). Oxford University Press.
  • Brandt et al. 2013. A Review of Transdisciplinary Research in Sustainability Science. Ecological Economics 92:1-15.
  • Kates, R. W. 2011. What Kind of A Science Is Sustainability Science? Proceedings of the National Academy of Sciences 108. E.E.U.U. 19449–502011.
  • Millenium-Ecosystem-Assessment. 2005. Ecosystems and Human Well-being Synthesis. Island Press.
    SEMARNAT. 2013. Informe de la situación del medio ambiente en México: compendio de estadísticas ambientales, indicadores clave y de desempeño ambiental.