Los hallazgos de un experimento de sequía sin precedentes en una biosfera subrayan la importancia de los compuestos moleculares a menudo asociados con la fragancia para identificar cuándo un ecosistema está en peligro.
¿Alguna vez te has preguntado qué le da a un bosque su fresco aroma a pino? La respuesta es el compuesto molecular pineno, un tipo de monoterpeno liberado naturalmente por las plantas. Cada año, las plantas lanzan alrededor de 100 millones de toneladas de monoterpenos a la atmósfera, donde juegan un papel importante en la formación de nubes.
El estudio publicado en Naturaleza explora cómo y bajo qué condiciones las plantas emiten estos compuestos orgánicos volátiles, o COV, a la atmósfera. Los resultados podrían ayudar a los científicos a detectar cuándo un ecosistema está en peligro y comprender mejor cómo la Tierra podría tratar de adaptarse frente a un futuro más cálido y seco.
El estudio es uno de muchos que provienen de un experimento de sequía controlada celebrada en la Biosfera 2 de la universidad, que se construyó originalmente para crear ecosistemas autosuficientes.
“No hay otro lugar en el mundo donde pueda encapsular una selva tropical, someterla a una sequía y luego sacarla de esa sequía en el cronograma que usted dicte”, dice John Adams, subdirector de Biosphere 2 y jefe de operaciones. desde el inicio del proyecto. “Esto brinda a los científicos una oportunidad realmente única de tener todo en su lugar para que puedan monitorear y recopilar datos que a menudo son muy difíciles o imposibles de obtener en el campo”.
Durante tres meses, el equipo de investigación puso la «selva tropical bajo vidrio» de 30 acres bajo un estrés de sequía moderado y luego severo. El experimento, llamado Dinámica del agua, la atmósfera y la vida, o WALD, que en alemán significa «bosque», se propuso capturar la mayor cantidad de datos posible a lo largo del proceso de secado y rehumectación.
Con más de tres kilómetros de tubos de teflón, 133 sensores y 423 puntos de recopilación de datos en todo el bosque, el equipo recopiló mediciones de todo, desde el microbioma de aguas profundas y los procesos del suelo hasta la acumulación de carbono y las emisiones de COV.
Muchos compuestos orgánicos volátiles tienen un aroma único, explica Laura Meredith, quien ayudó a liderar el proyecto B2 WALD y es coautora del estudio más reciente. Por ejemplo, los bosques huelen a pineno e isopreno, mientras que el compuesto químico geosmina le da al suelo un tono terroso y contribuye al olor distintivo de la lluvia en el aire.
«Hay muchos tipos diferentes de compuestos orgánicos volátiles que las plantas liberan a la atmósfera», dice Meredith, profesora asistente en la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la universidad y miembro del Instituto BIO5.
«Si podemos identificar sus firmas únicas y los procesos biológicos detrás de ellos, podríamos volar un avión sobre la selva amazónica, por ejemplo, y esencialmente medir y olfatear lo que sucede en el suelo».
Durante el proyecto B2 WALD, Meredith se desempeñó como directora de la selva tropical en Biosphere 2 y reunió a 90 científicos de cinco países diferentes para monitorear la resiliencia y la vulnerabilidad de las plantas y los microbios. La experiencia científica del proyecto cubrió todos los aspectos del estrés ambiental, incluida la hidrología, la vegetación, el suelo y la ciencia atmosférica.
En el transcurso del experimento de sequía controlada, los investigadores midieron las emisiones por hora de varios monoterpenos, incluidos pineno, canfeno, limoneno, terpineno e isopreno para comprender mejor cómo y cuándo las plantas liberan COV.
Los investigadores encontraron que las plantas no solo liberaron más de estos compuestos orgánicos volátiles bajo estrés, sino que también cambiaron sus emisiones más tarde en el día. Y puede haber una buena razón para ello, según el científico atmosférico y coautor del estudio, Jonathan Williams.
“Sospechamos que la liberación tardía de monoterpenos aumenta la probabilidad de formación de nubes durante el bosque”, dice Williams, líder de proyecto en el Instituto Max Planck de Química en Mainz, Alemania.
“Cuanto más cálido se vuelve durante el día, más aumenta la mezcla de aire vertical, lo que permite que los volátiles reactivos alcancen capas más altas de aire, donde es más probable que se conviertan en partículas de aerosol y, finalmente, en nubosos núcleos de condensación”, explica Williams.
En otras palabras, cuando un ecosistema está en sequía, las plantas pueden usar compuestos orgánicos volátiles para impulsar la formación de nubes y traer la lluvia necesaria.
El estudio subraya cuán involucrados están los compuestos orgánicos volátiles en la comunicación, defensa y señalización entre los microbios del suelo, las plantas y la atmósfera, dice Meredith.
Meredith continuará su exploración de los COV con una subvención reciente del Departamento de Energía. Junto con el experto en genómica de ecosistemas Malak Tfaily, profesor asociado y científico ambiental en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida, Meredith explorará el secuestro de carbono a través de las interacciones del suelo, los microbios y las plantas.
“Después de explorar el impacto de los compuestos orgánicos volátiles en la atmósfera, ahora centraremos nuestra atención en cómo estas moléculas transportadoras de carbono influyen en el suelo y su capacidad para secuestrar y almacenar carbono”, dice Meredith. «Las plantas y los microbios bombean VOC al suelo como lo hacen a la atmósfera, y ¿qué procesos ayudan a garantizar que el carbono permanezca bajo tierra?»
Fuente: universidad de arizona
