CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD

Revelan contrastantes estrategias de crecimiento y aclimatación en las coníferas dominantes de los bosques boreales

Un investigador del CONICET participó del estudio que fue publicado en Nature Communications.


Un equipo científico internacional estudió las estrategias que utilizan dos especies de coníferas dominantes en Escandinavia para reactivar la fotosíntesis en primavera. Foto: gentileza investigador.
El equipo que participó de la investigación. Foto: gentileza investigador.

La fotosíntesis es el principal mecanismo natural de fijación de carbono a través del cual se reduce la presencia de gases de efecto invernadero en la atmósfera, que son a su vez la primera causa del calentamiento global y el cambio climático. Los bosques nativos son entonces uno de los grandes sumideros de dióxido de carbono (CO2) y absorben un 30 por ciento del total capturado.

Aunque es muy conocido el aporte clave que realizan las áreas silvestres tropicales (como la selva amazónica), en este sentido, los bosques boreales dominados por coníferas de hojas perennes (que no pierden su follaje durante todo el año) también son importantes en el balance global del ciclo terrestre de carbono, dado que fijan un 22 por ciento del total de CO2 almacenado en bosques.

En un contexto de cambio climático y de aumento de la temperatura a nivel global, conocer más sobre los procesos de absorción y liberación de CO2 de los árboles que dominan estos bosques es fundamental para poder hacer un manejo adecuado de los mismos. Más aun teniendo en cuenta que se trata también de especies forestales que se cultivan con fines comerciales.

Recientemente, un equipo científico internacional en el que participó como autor correspondiente Nicolás Blanco, investigador del CONICET en el Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI, CONICET-UNR), estudió en el área de Escandinavia las estrategias que utilizan las dos especies de coníferas predominantes en estos bosques, el pino silvestre (Pinus Sylvestris) y la picea común (Picea abies), para reactivar la fotosíntesis durante la primavera tras el período de dormancia en el que entran en el invierno. Los resultados del trabajo fueron publicados en la revista Nature Communications.

“Es sabido que para minimizar los daños causados por su exposición a temperaturas extremas durante los meses de invierno, las coníferas boreales, a modo de aclimatación, pese a conservar su follaje, ponen en pausa estacionalmente los mecanismos fotosintéticos de asimilación de CO2. No obstante, no es mucho lo que se sabe sobre las estrategias que cada una de estas especies utilizan para al salir del período de hibernación reactivar la fijación de CO2, ni tampoco qué es lo que ocurre a nivel molecular durante el invierno. Es importante tener en cuenta que durante la etapa de dormancia las hojas de estas plantas no pierden su capacidad de absorber energía lumínica, aunque la asimilación de CO2 esté inhibida. Esta situación conduce a un exceso de energía asimilada, lo que podría generar un gran daño a la maquinaria fotosintética si no existiesen procesos regulatorios o protectores que mantuvieran el equilibrio energético”, señala Blanco.

La investigación puso de relieve que el período de transición del invierno a la primavera, cuando se reactivan los procesos fotosintéticos, es una de las etapas de mayor estrés para las coníferas. Las mismas enfrentan importantes fluctuaciones de temperatura (puede ir de -10 a 15 grados) que provocan ciclos de congelamiento y descongelamiento del agua que necesitan para absorber CO2, sumado a que se ven expuestas a altas intensidades lumínicas en días con períodos de luz todavía muy cortos. En estas circunstancias, las coníferas, al tiempo que buscan minimizar los daños ocasionados por estas condiciones extremas, deben tratar también de maximizar su período de crecimiento.

Los investigadores hicieron una caracterización del crecimiento anual en un bosque mixto de Suecia, tanto del pino silvestre como de la picea común, y detectaron varias diferencias importantes. Entre los aspectos comunes, encontraron que ambas coníferas, el Fotosistema II (uno de los dos complejos en los que se agrupan los pigmentos fotosintéticos) permanece inactivo durante el invierno.

“En este contexto, vimos que la picea a diferencia del pino tiene capacidad para absorber energía y fijar CO2 casi todo el año, lo cual le permite crecer durante un mayor período de tiempo. Pero cuando la posibilidad de asimilar carbono y usar la energía absorbida se ve impedida por las bajas temperaturas experimenta condiciones de estrés. Las fallas en la capacidad de administrar correctamente la energía derivan en que al llegar la primavera se pueda registrar mayor daño a nivel de los cloroplastos. Esto se demostró comparando medidas a campo a lo largo del año con experimentos de recuperación en invernadero”, afirma el investigador.

El pino, en cambio, mantiene un estricto control de a su capacidad de asimilar el carbono atmosférico, lo que acorta su período de crecimiento anual. Al mismo tiempo, presenta una eficiente capacidad disipar la energía que absorbe en exceso que lo vuelve menos sensible al estrés oxidativo. Para poder comprender mejor este proceso, además de los estudios en campo se realizaron diferentes ensayos con luces fluctuantes a nivel de laboratorio y estudios a nivel molecular.

“Para nuestra sorpresa, el pino muestra un intenso funcionamiento de la maquinaria de absorción de luz, especialmente en el Fotosistema I, durante la transición entre el invierno y la primavera. Esto se explica a nivel molecular por la presencia de mecanismos de disipación de energía, que funcionan como válvulas de protección del Fotosistema I. Dichos mecanismos combinan la acción de las proteínas FlavodiHierro (Flvs) -ausentes en las plantas con flor como el girasol, la soja y el maíz- y un sistema de regulación temporal de las proteínas (PGR5-PGRL1)”, destaca Blanco.

Las diferencias observadas entre la picea y el pino silvestre indican que si bien la primera es más competitiva en términos ecosistémicos por que puede asimilar CO2 y crecer a lo largo de casi todo el año, el pino es más eficiente para administrar la complejas y fluctuantes condiciones que impone la etapa de transición entre el invierno y la primavera.

Por Miguel Faigón

 

Referencia bibliográfica

Yang, Q., Blanco, N. E., Hermida-Carrera, C., Lehotai, N., Hurry, V., & Strand, Å. (2020). Two dominant boreal conifers use contrasting mechanisms to reactivate photosynthesis in the spring. Nature Communications11(1), 1-12. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13954-0

 

Sobre investigación:

Qi Yang. Umeå University y Chinese Academy of Forestry (China).

Nicolás E. Blanco. Investigador asistente. CEFOBI y Umeå University (Suecia).

Carmen Hermida-Carrera. Umeå University (Suecia).

Nóra Lehotai. Umeå University (Suecia)

Vaughan Hurry. Swedish University of Agricultural Sciences (Suecia).

Åsa Strand. Umeå University (Suecia).