La luz del Sol y la degradación de la hojarasca en un bosque con estación seca

En el año 2006, un trabajo encabezado por Amy Austin, investigadora del CONICET en el Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura (IFEVA, CONICET-UBA), del que también participó la entonces doctoranda Lucia Vivanco (hoy investigadora del Consejo, también en el IFEVA), puso de relieve que en los ecosistemas semiáridos como el de la estepa patagónica, el principal factor de descomposición de la materia orgánica vegetal (que recibe el nombre de broza u hojarasca) y, por lo tanto, en el reciclaje del carbono -es decir, en su pasaje de estado orgánico a inorgánico en forma de dióxido de carbono (CO₂) liberado a la atmósfera- era la radiación solar y no la actividad microbiana. Este trabajo, publicado en la prestigiosa revista Nature, no solo representó una novedad respecto de lo que se había creído hasta ese momento, sino que también diferenciaba lo que ocurría en este tipo de ecosistemas de lo que pasaba en otros con mayor humedad.

“Hasta ese momento, solo se consideraba relevante la acción de los microorganismos que descomponían la broza para alimentarse y al respirar devolvían a la atmósfera el carbono presente en ella en forma de CO₂. Lo que nosotras vimos es que en ecosistema muy secos, como el de la estepa patagónica, donde casi no hay presencia microbiana, este ciclo es controlado por la acción de la luz del Sol mediante una reacción fotoquímica”, explica Austin

Desde entonces, el equipo de trabajo dirigido por Austin en el IFEVA realizó diferentes avances en la comprensión de este fenómeno, que hasta ese momento había pasado inadvertido. En este sentido, cabe mencionar un trabajo recientemente publicado en la revista Current Biology, que tiene como primera autora a Paula Berenstecher, becaria posdoctoral del CONICET en el IFEVA. En el mismo se vio, a partir de un extenso estudio realizado en un bosque patagónico caracterizado por tener veranos secos e inviernos lluviosos, que en dichos ecosistemas– pese a ser mucho más húmedos y contar con mayor presencia microbiana que la estepa- la radiación solar también tiene un rol dominante en la descomposición de la hojarasca, ya sea por su acción directa (fotodegradación o mineralización fotoquímica), o por su injerencia indirecta a través de la alteración de las paredes celulares de la hojarasca, de un modo que la hace más susceptible a la degradación biótica (fotofacilitación).

“Nuestros experimentos revelaron que en un bosque de estas características -ubicado en el Valle de Meliquina, a cuarenta kilómetros de San Martín de los Andes (Neuquén)-, para un período de dos años, la hojarasca de distintas especies se descompone al doble de la velocidad al estar expuesta la radiación solar que al estar atenuada su exposición. Esto no se debe únicamente al rol dominante de la fotodegradación en los meses secos y calurosos, sino también a ciertos efectos que tiene la luz solar sobre la materia orgánica, que facilitan la descomposición microbiana durante el otoño y el invierno”, afirma Berenstecher.

Aunque, gracias a ensayos previos en condiciones controladas, ya se sabía que la luz del Sol, además de descomponer la broza, la hace más susceptible a la degradación biótica, hasta ahora no se había estudiado la interacción entre ambos factores a nivel de campo ni a escala estacional.

“El escenario que nos ofrece el clima mediterráneo de este bosque patagónico -caluroso y seco en verano y frio y húmedo en invierno-, en el que no hay coincidencia entre la disponibilidad de agua y las temperaturas cálidas que favorecen la acción de las microorganismos, es ideal para poder medir el impacto de esta interacción a nivel estacional”, destaca Austin, directora de Berenstecher y autora correspondiente del trabajo.

Los experimentos

El primer experimento tuvo comienzo a principios de un verano y consistió en dejar en campo cajas de broza con hojas de tres especies vegetales autóctonas -un pasto, un arbusto y un árbol- y de un árbol exótico, expuestas a condiciones diferentes, tanto en lo que refiere a la radiación solar como a la acción de los microorganismos. Mientras la mitad de estas cajas recibieron un tratamiento que permitía pasar toda la radiación solar, otra mitad fue colocada bajo la protección de un filtro que bloquea las longitudes de onda que intervienen en la fotodegradación. Pero además, el 50 por ciento de cada una de estas dos mitades recibió un tratamiento antibiótico destinado a librarlas -en la medida de lo posible- de la acción de los microorganismos.

“Cuando unos meses después, a comienzos del otoño –etapa del año en la que baja el nivel de radiación solar y comienzan las precipitaciones-, fuimos a retirar los ensayos, pudimos ver que, aunque el nivel de descomposición general era bajo, la variabilidad estaba determinada por la exposición a la radiación y no por la acción de la biota. En cambio, al replicar el experimento entre el otoño y el principio del verano, pasó exactamente lo contrario; la degradación de la broza durante los meses húmedos y fríos mostró el peso de los microorganismos e independencia del efecto de la luz del Sol”, explica Berenstecher.

No obstante, los aspectos más reveladores del trabajo fueron descubiertos cuando ensayos de una mayor duración permitieron constatar el modo en el que los efectos de la radiación solar sobre la broza durante el verano facilitaban su descomposición en las estaciones húmedas y frías por parte de los microorganismos. De este modo, en un ciclo de dos años comenzado a principios de un verano, la suma de los efectos de la radiación solar, por acción directa e indirecta, muestran su rol determinante en la degradación de la hojarasca y, por lo tanto, en el retorno de carbono a la atmósfera, en ecosistemas con climas mediterráneos.

“Es importante destacar que la acumulación del tiempo, la suma de veranos e inviernos, acentúa los efectos de la radiación solar en la degradación de la hojarasca y contribuye a hacerla más notoria. En este sentido, cabe remarcar que el efecto duplicador de la luz del Sol en el retorno de carbono a la atmósfera, para un período de dos años, fue consistente para las cuatros especies vegetales de broza que usamos en los ensayos”, señala Berenstecher.

La importancia ecológica del ciclo del carbono

Las científicas destacan la importancia que tiene en el contexto actual de cambio climático incrementar el conocimiento sobre el ciclo del carbono en ecosistemas terrestres, dado que la liberación de gases de efecto invernadero (como el CO₂) a la atmósfera es la principal causa del calentamiento global.

“En este sentido, en relación con nuestro estudio, parece probable que en los próximos años el aumento que se proyecta en la duración de la estación seca conduzca, a su vez, a exacerbar la liberación de carbono a la atmosfera proveniente de la degradación de la broza. Esto podría impactar negativamente el balance de carbono en ecosistemas que son particularmente vulnerables al cambio climático”, lamenta Austin.

Los otros coautores del trabajo fueron Lucía Vivanco, Carlos Ballaré y Luis Pérez, todos ellos investigadores del CONICET en el IFEVA.