FISIOLOGIA BALANCE ENTRE FOTOSINTESIS Y RESPIRACION ECOSISTEMAS

Balance entre fotosíntesis y respiración en un ecosistema. ¿Los cambios climáticos traen cola?

En septiembre de 2008, la revista científica inglesa Nature publicó un artículo cuyo título es “Supresión prolongada de la captación de dióxido de carbono por un ecosistema luego de un año irregularmente cálido”.1 El trabajo muestra que un aumento de cuatro grados centígrados en la temperatura ambiental disminuye la capacidad que tiene un ecosistema de pradera para captar dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera, uno de los gases que contribuyen al efecto invernadero. Lo novedoso de este trabajo es que encontraron que los efectos del aumento de temperatura son relativamente de largo término: una vez que la temperatura vuelve a niveles normales, el ecosistema sigue alterado por, al menos, dos años. Además, como el CO2 es un producto de la fotosíntesis, nos permite enseñar este tema desde otro enfoque.

Este mega experimento duró cuatro años y fue un esfuerzo combinado de cerca de veinte investigadores de seis instituciones estadounidenses, la mayoría de ellos pertenecientes al Instituto de Investigación del Desierto, en el estado de Nevada. El trabajo tiene una importancia fundamental porque aporta datos para hacer predicciones sobre las consecuencias que tendrá el calentamiento global en relación con la vida en el planeta.

El carbono yira... yira...[pic 1]

En la naturaleza el carbono puede encontrarse en muchos lados, por ejemplo, formando parte de moléculas en los seres vivos o del CO2 de la atmósfera. Lo interesante es que, como resultado de reacciones químicas, un átomo de carbono puede estar hoy formando parte de un ser vivo y, en diez años, formando parte de la atmósfera. Los caminos que puede seguir el carbono en la naturaleza se pueden resumir en un esquema, más o menos complejo, que conocemos como “ciclo del carbono”… aunque más que un ciclo (círculo), parece un tortuoso recorrido con destino incierto.

Los seres vivos participan activamente en el ciclo del carbono. En todas las células que componen los seres vivos ocurren procesos para obtener energía. Puede haber diferencias entre seres vivos y entre tipos de células, pero, en la mayoría de los casos, son procesos que rompen ciertas moléculas (fundamentalmente azúcares) para combinarlas con oxígeno. En este proceso se forman nuevas moléculas: CO2 y H2O. También se libera energía, ya que los átomos de hidrógeno y carbono están en un estado más energético cuando se encuentran unidos entre sí que cuando se unen con oxígeno. Estos procesos se conocen como respiración, que en el fondo es un tipo de combustión.

Además, algunos seres vivos, muchas veces sólo en algunas de sus células, realizan otro proceso que participa en el ciclo del carbono: la fotosíntesis, un proceso maravilloso. Hay muchos tipos de fotosíntesis, pero todos tienen en común que se colecta la energía de la luz y se la utiliza para crear moléculas en un estado energético mayor. La fotosíntesis que hacen las plantas usa la energía de la luz para fabricar azúcares a partir de CO2 y agua. Se dice que las plantas “fijan” el carbono porque lo toman en forma de gas (CO2) y lo retienen en forma de moléculas relativamente grandes, como el almidón, que no son volátiles y pueden almacenarse por mucho tiempo. Para ver un esquema del ciclo del carbono, hacer clic aquí.

En un ecosistema, todos los seres vivos liberan CO2 como desecho y algunos, además, lo consumen como resultado de la fotosíntesis. El balance de todo lo que pasa define si el ecosistema, como un todo, consume o libera CO2. Este balance se llama intercambio neto de CO2 entre el ecosistema y la atmósfera. Este intercambio es muy importante porque el CO2 es uno de los gases que contribuyen al efecto invernadero aumentando la temperatura global y, si se libera mucho más de lo que se consume, aumentará la concentración atmosférica de CO2 y, consecuentemente, su contribución al efecto invernadero.

Preguntas asfixiantes sobre los gases del efecto invernadero

Ahora que tenemos lo anterior en mente, pongámoslo en contexto de una pregunta interesante —y relevante actualmente— que los autores de este paper se ocuparon de investigar. Más allá de cuáles sean las causas del calentamiento global y el aumento del CO2 atmosférico, es importante poder hacer predicciones acerca de qué nos depara el futuro. Pero la cuestión no es sencilla. Supongamos que aumenta la cantidad de CO2 en la atmósfera. ¿Influiría esto en los procesos de captación y producción de CO2? Por ejemplo, es posible que las plantas, al haber más CO2 en la atmósfera, hagan más fotosíntesis y fijen más carbono. Esto podría hacer que se reestablezca el balance entre producción y captación de dióxido de carbono. Si las plantas fijaran más carbono, ¿tendrían más reservas y crecerían mejor, generando abundancia de alimentos? ¿Y qué pasaría con la fotosíntesis y la respiración si aumenta la temperatura global? Es posible que la respiración aumente más que la fotosíntesis, produciendo cada vez más y más CO2 en una reacción en cadena. O es posible que aumente más la fotosíntesis, tendiendo a regular la cantidad de CO2. ¿Cuál ganará, afectando en definitiva el intercambio neto de CO2? Como se ve, estas preguntas no son ni tontas ni fáciles de prever.[pic 2]

La pregunta

Los autores del trabajo se preguntaron, justamente, cómo se alteraba el intercambio neto de CO2 en un ecosistema debido a un aumento de la temperatura. Fueron un poco más allá y quisieron saber también cuánto tiempo duraban las posibles alteraciones. Un aspecto muy importante, si se desea revertir efectos indeseables que podrían estar ocurriendo actualmente.

Para responder esta pregunta, estos científicos se embarcaron en una tarea realmente ciclópea. Querían estudiar el intercambio gaseoso en un ecosistema de pradera. Pero, ¿cómo hacerlo? Medir el intercambio de gases en la pradera a cielo abierto no es sencillo. Entonces... ¡mudaron la pradera al laboratorio! Eso mismo: excavaron unos “panes” de suelo, con sus pastos, gusanos, bacterias y todo, de aproximadamente 2,5 metros de largo por 1 metro de ancho y 2 metros de profundidad. Los empaquetaron bien, para que no se secaran, y los transportaron 2500 kilómetros hasta el laboratorio. Una vez allí, los instalaron en unos invernaderos especiales, llamados “EcoCELLs”,2 que son cámaras de ambiente controlado. Cada EcoCELL tiene lugar para tres panes de pradera (clic aquí para ver cómo es una EcoCELL).[pic 3]

...