Después de un estudio exhaustivo de las plantas en los Estados Unidos, los investigadores llegaron a la conclusión inesperada de que las plantas capaces de fijar el nitrógeno atmosférico son más diversas en las regiones áridas del país.
por Jerald Pinson, Museo de Historia Natural de Florida
Este hallazgo va en contra de la suposición prevaleciente de que los fijadores de nitrógeno deberían ser comparativamente más diversos en ambientes donde el nitrógeno en el suelo es escaso.
Los resultados fueron particularmente sorprendentes dado que los fijadores de nitrógeno carecen de las características que a menudo se asocian con los suelos secos, como los gruesos tallos de los cactus que almacenan agua. «A primera vista, los fijadores de nitrógeno no parecen estar necesariamente adaptados a los ecosistemas áridos», dijo el autor principal Joshua Doby, estudiante de doctorado en el departamento de biología de la Universidad de Florida.
La razón de este patrón inesperado no quedó clara de inmediato, pero Doby sospecha que está relacionado con la forma en que los fijadores y no fijadores de nitrógeno usan el elemento.
Las plantas se vuelven creativas para adquirir nitrógeno
Las plantas incorporan nitrógeno en casi todas las estructuras y reacciones que tienen lugar en sus células. Sin él, no podrían producir proteínas, crear enzimas o incluso realizar la fotosíntesis. Con una demanda tan alta de nitrógeno, a menudo es uno de los mayores límites para el crecimiento de las plantas : simplemente no hay suficiente para todos.
Para compensar esta escasez, las plantas han desarrollado repetidamente formas innovadoras de exprimir la mayor cantidad de nitrógeno posible de su entorno. Venus atrapamoscas y pegajosas sundews han desarrollado estructuras para robar nitrógeno de los insectos, los musgos de estiércol crecen exclusivamente en excrementos de animales, y las hojas modificadas de algunas plantas de jarra proporcionan un hogar para los murciélagos a cambio de las heces ricas en nitrógeno que dejan atrás.
Si bien el nitrógeno puede ser difícil de conseguir en los suelos, hay un suministro casi infinito que cuelga fuera de nuestro alcance. El gas nitrógeno constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera de la Tierra, pero como alguien que muere de sed mientras se pierde en el mar, las plantas son completamente incapaces de absorberlo.
Las bacterias, por otro lado, han dominado el truco de fijar nitrógeno atmosférico en múltiples ocasiones. Una alianza fortuita entre tal bacteria y una planta condujo a una de las mayores radiaciones botánicas de la Tierra, dando lugar a la familia de los frijoles, que hoy en día contiene más de 18.000 especies. Las raíces de muchas plantas de frijol producen nódulos huecos que promueven el crecimiento bacteriano. Las plantas bombean estas antecámaras llenas de azúcar para alimentar a sus compañeras bacterianas y extraer el nitrógeno que expulsan como desecho.
Los botánicos han especulado durante décadas que las plantas que albergan bacterias fijadoras de nitrógeno deberían ser más diversas en ecosistemas como sabanas y praderas. Los incendios forestales arrasan regularmente estos entornos, transformando árboles y arbustos repletos de nutrientes en humo y cenizas que se llevan el viento. Cualquier nutriente que quede en el suelo después de un incendio puede deslizarse por debajo del alcance de las raíces cuando llueve, antes de que las plantas en germinación tengan la oportunidad de absorberlos.
La fijación de nitrógeno preparó plantas para un planeta más frío y seco
Investigadores del Museo de Historia Natural de Florida, la Universidad Estatal de Luisiana y la Universidad Estatal de Mississippi se propusieron determinar qué factores ambientales jugaron el papel más importante en la configuración de las comunidades de plantas fijadoras de nitrógeno en los Estados Unidos. Usando datos de la Red Nacional del Observatorio Ecológico (NEON), analizaron registros de especies nativas e invasoras de más de 40 sitios en los EE. UU., incluido Puerto Rico.
Según sus resultados, el número de fijadores de nitrógeno aumentó en ambientes pobres en nitrógeno y disminuyó en hábitats progresivamente más secos, como se esperaba. Los ambientes áridos generalmente albergan menos especies de plantas que aquellos que reciben más lluvia, y los fijadores de nitrógeno no son una excepción a esta regla.
La sorpresa llegó cuando los investigadores observaron específicamente la diversidad de fijadores de nitrógeno nativos. Aunque hubo menos especies presentes, la diversidad de fijadores de nitrógeno nativos aumentó considerablemente en las regiones áridas, independientemente de la cantidad de nitrógeno disponible en el suelo.
La diferencia entre el número de especies, llamada riqueza de especies, y la diversidad es similar a elegir una paleta de colores . Una paleta con 16 tonos de azul contiene más matices que una paleta con ocho colores complementarios; sin embargo, la segunda paleta contiene una mayor variedad de colores y abarca un espectro más amplio de luz visible.
Hay miles de especies de plantas con flores que albergan bacterias fijadoras de nitrógeno y, a menudo, se pueden encontrar individuos que solo tienen una relación lejana entre sí y crecen uno al lado del otro en desiertos y llanuras de matorrales. Estos incluyen ejemplos familiares, como mezquite y aliso.
Si bien las plantas amantes de la sequía como los cactus han desarrollado una letanía de características que les permiten prosperar en los desiertos, Doby cree que las plantas con una rica reserva de nitrógeno tienen una ventaja incorporada. «No es necesariamente porque la aridez esté impulsando la diversidad», dijo. «Las plantas que tienen más nitrógeno tienen cutículas más gruesas, lo que las hace resistentes a la pérdida de agua».
La mayoría de los linajes de plantas fijadoras de nitrógeno comenzaron en el Cretácico, cuando los dinosaurios aún existían y las temperaturas eran más altas que las actuales. Durante los últimos 50 millones de años, el clima de la Tierra se ha enfriado y secado gradualmente, provocando la formación de extensos pastizales y vastos desiertos. Las plantas que no podían funcionar en estos nuevos entornos fueron eliminadas gradualmente, explica Doby, mientras que muchos fijadores de nitrógeno que se adaptaban bien a este nuevo mundo se diversificaron en los paisajes desocupados.
«Este estudio nos da una muy buena idea de por qué las comunidades de plantas son como son hoy», dijo Doby, y agregó que le preocupa que las condiciones que sustentan la diversidad de flora en las regiones áridas no duren mucho más. «A medida que las cosas se vuelvan más húmedas y cálidas debido al cambio climático, las características que hicieron que estas plantas estuvieran bien adaptadas y fueran diversas ya no serán muy beneficiosas. Muchas de las comunidades de plantas únicas que tenemos hoy en día estarán en riesgo en el largo plazo».
La investigación fue publicada en Global Ecology and Biogeography .
Más información: Joshua R. Doby et al, La aridez impulsa la diversidad filogenética y los patrones de riqueza de especies de plantas fijadoras de nitrógeno en América del Norte,
Ecología global y biogeografía (2022). DOI: 10.1111/geb.13535
