Un estudio global descubre un intrincado equilibrio entre la defensa de las semillas y la dispersión por parte de los árboles forestales
por Penn State
En todo el mundo, los bosques se enfrentan a desafíos sin precedentes. Están lidiando con incendios forestales, enfermedades, sequías y deforestación. La supervivencia de estos grandes bosques depende de su capacidad para volver a crecer, y para muchos árboles, un proceso llamado “masting” es clave para esta regeneración.
El masting, el ciclo impredecible de auge y caída de la producción de semillas, puede tener profundas consecuencias para las poblaciones de plantas y las redes alimenticias que se construyen sobre sus semillas. Pero la compleja relación entre los ciclos de producción de semillas y los consumidores y dispersores de semillas ha sido poco comprendida.
Un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de científicos que incluyó millones de observaciones de árboles por año en todo el mundo, publicado hoy (29 de julio) en Nature Plants , documenta y analiza por primera vez el intrincado equilibrio entre la defensa de las semillas y la dispersión por parte de los árboles forestales a nivel mundial. escala.
Las semillas, las frutas y las nueces, con un alto contenido de carbohidratos, grasas y proteínas, se encuentran entre los alimentos vegetales de mayor calidad en la naturaleza, anotó el autor principal del estudio, Tong Qiu, profesor asistente en la Facultad de Ciencias Agrícolas de Penn State. Cuando hay muchas semillas, los consumidores de semillas como pájaros, ardillas e insectos se dan un festín. Sus poblaciones crecen porque hay suficiente comida para que coman y alimenten a sus crías. Pero en los años posteriores a un mástil, cuando la producción de semillas es baja, estos animales pueden tener dificultades para encontrar suficiente comida y esto podría conducir a una disminución de sus poblaciones.
“Al mismo tiempo, algunas semillas que no se comen durante el año del mástil pueden germinar y convertirse en nuevos árboles, y esto puede conducir a un aumento en el número de árboles, afectando el crecimiento general del bosque y el hábitat de otras criaturas”, dice Qiu. dicho. “Comprender los patrones de crecimiento puede guiar a los administradores forestales en sus esfuerzos de conservación. Durante los años de escasez de producción de semillas, los conservacionistas pueden optar por plantar semillas manualmente o implementar medidas para proteger a las poblaciones de animales en apuros”.
Los cultivos de semillas erráticos pueden ayudar a los árboles a confundir a sus depredadores de semillas, pero Qiu y sus colegas se preguntaron qué hacen con los dispersores de semillas que los árboles pueden necesitar para asegurar una germinación exitosa. Si la producción de semillas no confiable que frustra a los “enemigos” de un árbol tiene los mismos impactos negativos en sus amigos dispersores, plantearon la hipótesis, entonces quizás las especies de árboles que dependen más de las especies dispersoras de animales deben renunciar a esta opción defensiva.
“Cuando los árboles tienen grandes cambios en la producción de semillas, pasan mucho tiempo entre los años de semillas altas y todos producen muchas semillas al mismo tiempo, los depredadores pueden verse abrumados”, dijo Qiu. “Esta estrategia de producción de semillas obstaculiza potencialmente la capacidad de los consumidores de semillas para mitigar los efectos de las fluctuaciones interanuales al buscar alimento entre varios árboles hospedantes. Nuestra investigación reveló que la acumulación de semillas se basa en tres aspectos críticos que afectan tanto a los amigos como a los enemigos de los árboles, los dispersores de semillas y las semillas. depredadores”.
En el artículo, los investigadores introducen tres elementos de masificación basados en 12 millones de observaciones de años de árboles en todo el mundo. El primero es la volatilidad, que refleja la cantidad de semillas que fluctúan de un año a otro. El segundo es la periodicidad, que se refiere al intervalo de tiempo entre los años de alta producción de semillas. El tercero es la sincronicidad, que representa una tendencia común en la que muchos árboles producen grandes cosechas de semillas en los mismos años.
Pero hay un problema con esta explicación del masting, señaló el autor principal del estudio, James Clark, Nicholas Distinguished Professor of Environmental Science en la Universidad de Duke, quien ha construido la red Mast Inference and Forecasting, mejor conocida como MASTIF.
Las mismas especies de árboles que atraen a los depredadores de semillas también pueden depender de los mamíferos y las aves para dispersar sus semillas, sugirió. Estos amigos son tan valiosos que muchas especies de árboles empaquetan sus frutos y nueces con recursos adicionales y los anuncian con exhibiciones coloridas, todo para atraer a sus importantes dispersores mutualistas.
En el artículo, los investigadores evaluaron si la producción de semillas poco confiable que frustra a los enemigos de un árbol tenía los mismos impactos negativos en sus amigos dispersores. Si los mástiles protegen efectivamente contra los enemigos, y lo hacen, confirmaron, entonces quizás las especies de árboles que dependen más de las especies dispersoras de animales deben renunciar a esta opción defensiva.
“Un análisis de la producción de semillas en cientos de especies de árboles en los cinco continentes muestra este beneficio mixto de la arboladura: las especies de árboles que más dependen de los dispersores de animales son las que evitan la arboladura”, dijo Clark. “En los bosques templados de América del Norte y Eurasia, los robles y los abetos son especies más prolíficas. Los pinos y las piceas también más, pero en menor grado. Las nogales y las nueces aún menos. Castaño y los frutos carnosos de la goma negra, acebo, hack- y sugarberry, caqui, enebro, tejo y papaya, casi nada, son recursos confiables”.
Los abetos, pinos y piceas son presa de las aves y muchos roedores en el dosel y también cuando llegan al suelo del bosque, agregó Clark. En el árbol, las coníferas pueden defender sus semillas en conos leñosos cubiertos de resina, muchos de los cuales están armados con espinas. Una vez en el suelo del bosque, los roedores agotan rápidamente las semillas expuestas. Con pocos dispersores mutualistas, son los principales candidatos para la colocación de mástiles.
Los gradientes de nutrientes y climáticos también juegan un papel en la formación de mástil, informaron los investigadores. Las especies que requieren una gran cantidad de nutrientes tienden a tener cambios bajos de un año a otro en la producción de semillas, mientras que las que se encuentran a menudo en áreas ricas en nutrientes, cálidas y húmedas muestran intervalos de tiempo más cortos entre los años de alta producción de semillas. Mientras tanto, el masting es más común en lugares fríos y secos.
“Curiosamente, esto sucede en áreas donde las condiciones climáticas significan que hay menos necesidad de que los animales esparzan semillas, a diferencia de los trópicos húmedos y cálidos, donde la ayuda de los animales es más común”, dijo Qiu. “Esta fascinante interacción nos recuerda que nuestros diversos bosques son el resultado de innumerables factores que trabajan juntos en armonía, adaptándose a sus circunstancias únicas para prosperar”.
En el extremo opuesto, las frutas ricas y coloridas evitan las fluctuaciones salvajes: los árboles que las producen dependen de sus dispersores animales, dijo Clark. Aunque todavía hay mucha variación de un año a otro, porque una fruta grande y costosa es sensible al estrés por humedad.
“Una buena sequía de dos semanas a mediados del verano hará que muchos árboles abandonen gran parte de su cultivo de frutas: aborto temprano”, dijo. “Esto incluye no solo frutas carnosas como el caqui, el almez (incluido el árbol de ortiga en Europa) y la goma negra. Las bellotas y las nueces de nogal también tienen un alto contenido de humedad; también abortarán muchas semillas parcialmente desarrolladas para reducir la demanda de recursos. Aún así, un Una serie de años con condiciones climáticas adecuadas puede ver cosechas confiables en muchas de estas especies, una tras otra”.
Investigadores de 70 instituciones contribuyeron al artículo de Nature Plants . La financiación principal provino de la Fundación Nacional de Ciencias, el Foro de Belmont, la NASA y la iniciativa Francesa Program d’Investissement d’Avenir (Make Our Planet Great Again).
Referencia de la revista :
- Tong Qiu, Marie-Claire Aravena, Davide Ascoli, Yves Bergeron, Michal Bogdziewicz, Thomas Boivin, Raul Bonal, Thomas Caignard, Maxime Cailleret, Rafael Calama, Sergio Donoso Calderon, J. Julio Camarero, Chia-Hao Chang-Yang, Jerome Chave , Francesco Chianucci, Benoit Courbaud, Andrea Cutini, Adrian J. Das, Nicolas Delpierre, Sylvain Delzon, Michael Dietze, Laurent Dormont, Josep Maria Espelta, Timothy J. Fahey, William Farfan-Rios, Jerry F. Franklin, Catherine A. Gehring , Gregory S. Gilbert, Georg Gratzer, Cathryn H. Greenberg, Arthur Guignabert, Qinfeng Guo, Andrew Hacket-Pain, Arndt Hampe, Qingmin Han, Jan Holik, Kazuhiko Hoshizaki, Ines Ibanez, Jill F. Johnstone, Valentin Journé, Thomas Kitzberger , Johannes MH Knops, Georges Kunstler, Hiroko Kurokawa, Jonathan GA Lageard, Jalene M. LaMontagne, Francois Lefevre, Theodor Leininger,Jean-Marc Limousin, James A. Lutz, Diana Macias, Anders Marell, Eliot JB McIntire, Christopher M. Moore, Emily Moran, Renzo Motta, Jonathan A. Myers, Thomas A. Nagel, Shoji Naoe, Mahoko Noguchi, Michio Oguro, Robert Parmenter, Ian S. Pearse, Ignacio M. Perez-Ramos, Lukasz Piechnik, Tomasz Podgorski, John Poulsen, Miranda D. Redmond, Chantal D. Reid, Kyle C. Rodman, Francisco Rodriguez-Sanchez, Pavel Samonil, Javier D. Sanguinetti, C. Lane Scher, Barbara Seget, Shubhi Sharma, Mitsue Shibata, Miles Silman, Michael A. Steele, Nathan L. Stephenson, Jacob N. Straub, Samantha Sutton, Jennifer J. Swenson, Margaret Swift, Peter A. Thomas, María Uriarte, Giorgio Vacchiano, Amy V. Whipple, Thomas G. Whitham, Andreas P. Wion, S. Joseph Wright, Kai Zhu, Jess K. Zimmerman, Magdalena Zywiec, James S. Clark.Eliot JB McIntire, Christopher M. Moore, Emily Moran, Renzo Motta, Jonathan A. Myers, Thomas A. Nagel, Shoji Naoe, Mahoko Noguchi, Michio Oguro, Robert Parmenter, Ian S. Pearse, Ignacio M. Perez-Ramos, Lukasz Piechnik, Tomasz Podgorski, John Poulsen, Miranda D. Redmond, Chantal D. Reid, Kyle C. 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