América Baleón-Sepúlveda

La diversidad biológica de la Tierra es el resultado de grandes procesos evolutivos que llegan a durar hasta miles de millones de años. La historia evolutiva de los microorganismos de nuestro planeta es una de las más antiguas. Su presencia en cada ecosistema pareciera invisible, pero los podemos percibir por sus variadas funciones entre un sitio y otro. Las comunidades de seres vivos son muy diferentes en distintas partes del planeta debido a esos procesos ecológicos y evolutivos. Por ejemplo, ecosistemas como los desiertos albergan una diversidad de vida menor a la de una selva y entre selvas distintas hay diferencias que podrían ser perceptibles sólo para el ojo experto. Entre las muchas las ideas y preguntas que surgen de la mente de las ecólogas y los ecólogos, algunas buscan entender cómo y por qué las comunidades de seres vivos pueden ser diferentes entre sí, por qué la diversidad es mayor en algunos sitios que en otros y cómo la diversidad diferencial afecta a los procesos ecológicos. En este artículo voy a abordar este tema desde la perspectiva de los ecosistemas tropicales.

BaleonFig1    Las selvas húmedas, también conocidas como bosques tropicales o selvas altas perennifolias, son consideradas de los biomas terrestres más diversos. Se caracterizan principalmente por su gran complejidad y variedad de nichos ecológicos, que permiten a su vez una enorme riqueza de formas de vida. Está gran complejidad y variedad está relacionada con la manera en la que las especies se desarrollan e interactúan entre ellas en el ecosistema.

     Este bioma se encuentra bajo amenaza constante debido a la explotación no sustentable de sus recursos y a presiones de tipo antropogénico; un ejemplo es la deforestación para actividades agrícolas, ganaderas y las diversas actividades relacionadas con la infraestructura urbana. En La evaluación de los cambios de cobertura/uso del suelo en la República Mexicana de Jean-François Mas y colaboradores, se estima que se ha reducido la cobertura de selvas húmedas a un ritmo del 0.76% anual.

     En el estudio Biodiversity recovery of Neotropical secondary forests de Danaë M. A. Rozendaal y 85 expertos de todo el mundo, se determinó que la recuperación tras un disturbio de mucha intensidad como la deforestación de estos lugares es un proceso largo y complejo. En el artículo, publicado en Science Advances, estiman que para recuperar al 80% de las especies eliminadas de estos ambientes al menos se necesita que transcurran 20 años en un proceso de sucesión, es decir que la vegetación se recupere de manera natural, sin intervención humana. Sin embargo, para recuperar la composición inicial, es decir, para volver a tener las mimas especies que existían en el ecosistema antes de la perturbación, son necesarios más de 600 años.

     Estos datos son estremecedores y, aunque aparentemente estos ecosistemas tienen una alta capacidad de resistir y recuperarse, el impacto real que las actividades antropogénicas tienen sobre ellos abarca cientos de años.

¿Por qué es necesario conservar los ecosistemas tropicales?

Además de su gran diversidad, ¿por qué son tan especiales los ecosistemas tropicales?, ¿por qué conservarlos? En estos ecosistemas sucede una gran cantidad de procesos importantes que mantienen principalmente el ciclaje de materia y el flujo de energía de nuestro planeta, lo que se conoce como ciclos biogeoquímicos (ver Azufre: elemento incomprendido de la biogeoquímica planetaria en Oikos= 16). Estos ciclos químicos llevan el vocablo bio porque en ellos participa activamente la biota del sistema y la palabra geo porque son de alcance planetario.

    Es importante resaltar que la materia orgánica que contienen los suelos de los ecosistemas tropicales es el segundo almacén más importante del mundo de un elemento fundamental para la vida: el carbono (ver Conocer nuestro invernadero natural en Oikos= 7).

BaleonFig2    Los microorganismos edáficos son aquellos que habitan en el suelo y cuyo tamaño se mide en unidades de micrómetros (1 micrómetro equivale a 0.001 mm y, por lo tanto, son sólo visibles con un microscopio). Incluyen hongos, bacterias, algunas algas, protistas y microartrópodos (por ejemplo, ácaros. Ver Acaros y bacterias: amigos inseparables en este mismo número de Oikos=). Aún cuando éstos últimos no son reconocidos como microorganismos por muchos autores debido a que su tamaño puede ser mayor, son un grupo muy diverso y algunos de ellos cumplen con estas características de tamaño. Además, tienen una importante participación en diversos procesos, como la fragmentación de la materia orgánica y las interacciones que establecen con otros microorganismos edáficos, especialmente con hongos y bacterias.

    Todos los microorganismos edáficos son reconocidos principalmente por el papel que juegan en el ciclaje de nutrientes como el carbono (C), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K), entre otros (para saber más sobre ciclaje de nutrientes, recomiendo consultar el número 16 de Oikos=). Uno de los ciclos más conocidos es el del carbono, en el cual hongos y bacterias principalmente, participan activamente en la descomposición de la materia orgánica y en su incorporación en la cadena trófica.

     Por otra parte, algunos hongos establecen relaciones simbióticas que permiten el transporte de nutrientes del suelo a las plantas. En las micorrizas, como se le denomina a este tipo de relaciones, los hongos les facilitan a las plantas la obtención de recursos como fósforo y nitrógeno y, a su vez, las plantas le aportan energía a los hongos en forma de carbohidratos. Sumado a esto, algunos microorganismos son capaces de modificar la estructura del suelo, y con ello su capacidad de retener nutrientes. Por ejemplo, los microartrópodos edáficos y los hongos al desarrollarse y moverse por el suelo pueden cambiar su porosidad y por lo tanto la capacidad del suelo de retener agua y, en consecuencia, nutrientes.

¿Cómo es la vida microscópica en los suelos de los sistemas tropicales?

BaleonFig3Se ha desarrollado muy poco el estudio de los microorganismos edáficos en los sistemas tropicales debido principalmente a la complejidad que supone su estudio. Sin embargo, conocer aspectos ecológicos básicos sobre ellos ha permitido entender su papel en diversos procesos esenciales para mantener el correcto funcionamiento del ecosistema. De manera tradicional se ha abordado el estudio de los microorganismos edáficos en los ecosistemas tropicales clasificándolos según el papel que desempeñan, es decir, en grupos funcionales. Dentro de los organismos más estudiados tenemos a las bacterias fijadoras de nitrógeno, a los hongos que forman micorrizas, a los organismos fragmentadores de la materia orgánica y a los descomponedores.

    De las principales aportaciones al conocimiento de los microorganismos de suelos tropicales se han identificado elementos que pueden afectar su abundancia, distribución y permanencia en los ecosistemas. Se han encontrado patrones definidos en algunos de estos elementos como pueden ser variables que determinan algunos patrones ambientales:

    1. La temperatura. Algunos organismos principalmente las bacterias, dependen de ella para desarrollar actividades metabólicas, como por ejemplo la respiración. En ecosistemas tropicales el rango óptimo de funcionamiento oscila entre 20 y 24ºC.
    2. La humedad. Es indispensable para el proceso de descomposición y el desarrollo de los hongos. Por el calentamiento global, y el consecuente incremento de la temperatura de en los ecosistemas tropicales, disminuye la humedad, afectando así las funciones que realizan las comunidades de hongos.
    3. La disponibilidad de nutrientes, es decir, la facilidad para un organismo de encontrar un recurso. Dependiendo del tipo de nutrientes disponibles podemos encontrar más organismos de un grupo que de otro. Por ejemplo, en suelos en dónde el fósforo es un recurso limitante, los hongos que forman micorrizas serán más abundantes.
    4. El pH. Esta variable se mide en un gradiente en dónde los valores más bajos son ácidos y los más altos son básicos. Se ha determinado que es una variable capaz de alterar la dominancia de un grupo sobre otro. Por ejemplo, en suelos ácidos, como los que se encuentran los bosques tropicales, hay más hongos, mientras que en suelos con pH básicos dominan las comunidades de bacterias.

     A pesar de que en los últimos años se ha hecho un gran esfuerzo por entender cómo se comportan todas estas comunidades microbianas del suelo de distintos ecosistemas, el desarrollo de nuevas tecnologías que sean capaces de facilitar el trabajo de campo para estudiar estos grupos resulta de vital importancia.

    Recientemente se han incorporado técnicas que permiten analizar el material genético que ayudan a conocer la identidad de los organismos, así como sus posibles funciones en el ecosistema (ver Coming of age: ten years of next-generation sequencing technologies). Además, se ha comenzado a experimentar para evaluar la respuesta de estas comunidades ante el cambio de las condiciones ambientales (por ejemplo ver It is elemental: soil nutrient stoichiometry drives bacterial diversity).

    Estos ejercicios experimentales servirán para generar información útil para desarrollar alternativas como puede ser el introducir especies que realicen funciones similares ante escenarios desfavorables, como el del calentamiento global, que podrían provocar cambios en las funciones que los organismos desempeñan de manera natural. Los principales resultados de estos ejercicios sugieren que el aumento en la temperatura y en la concentración de elementos como el nitrógeno, son capaces de alterar la composición de especies en en el suelo de los ecosistemas tropicales, lo que podría afectar también cómo se desarrollan sus funciones.

     Es importante señalar que la actividad de las comunidades de microorganismos edáficos influye directamente en el desarrollo y actividad de otros grupos de biota. Por lo tanto, tener información en un punto de referencia inicial sobre la diversidad taxonómica y genética de los grupos de microorganismos resulta fundamental para entender la composición y funcionamiento de los grupos que se les asocian, información que no ha sido ampliamente explorada en la actualidad.

¿Qué podemos hacer?

BaleonFig4Las fuerzas de presión que se ejercen transformando directa e indirectamente a las selvas, están provocando su deterioro y la pérdida acelerada de estos ecosistemas, de sus recursos y de las especies que en ellos se desarrollan. En México, según el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), estos ecosistemas abarcan actualmente una superficie total de aproximadamente 4.6% del territorio nacional y han sido ampliamente estudiados en términos de organismos como plantas y animales (un ejemplo son los Mamíferos terrestres de la estación de biología tropical de los Tuxtlas). Sin embargo, aún son muy escasos los estudios que se han enfocado en conocer la gran diversidad y función que desarrollan los microorganismos del suelo de esos ecosistemas (por ejemplo ver Impacts of forest conversion on soil bacterial community composition and diversity in subtropical forests).

    ¿Hacia dónde vamos? Es necesario establecer prioridades para desarrollar de manera más eficiente las técnicas de investigación que nos permiten entender a las comunidades de microorganismos en suelos tropicales. Pero también se necesita fortalecer la poca investigación usando herramientas que incorporen modelos matemáticos que ayuden a entender los posibles escenarios que ilustren cómo cambian las dinámicas de funcionamiento de estas comunidades de microorganismos como respuesta a las condiciones de cambio a las que se enfrentan y que, a largo plazo, se verán reflejadas en los procesos en los que están involucrados en los ecosistemas, entre ellos los ciclos biogeoquímicos. Las alteraciones en los ambientes de los microorganismos del suelo pueden tener un impacto global.

     En México se conoce poco sobre la gran diversidad de microorganismos en el suelo, sin embargo, nuevos esfuerzos se están haciendo en el ámbito molecular para conocer su identidad y funciones en los ecosistemas, además, existe un creciente interés en el estudio de las interacciones que estás comunidades tienen con otros organismos.

Para saber más