Un experimento prolongado en una pradera de pastos altos reveló una pérdida progresiva de bacterias, hongos y protistas, junto con cambios que pueden dificultar la recuperación del ecosistema.
Redactor: Camila Herrera R.
Editor: Eduardo Schmitz
Seis años consecutivos de sequía experimental fueron suficientes para transformar profundamente las comunidades microbianas de una pradera de pastos altos, reducir su biodiversidad y conducirlas hacia configuraciones cada vez más diferentes y difíciles de revertir.
El estudio fue desarrollado por investigadores de la Universidad de Oklahoma, en Estados Unidos, mediante el seguimiento anual de parcelas sometidas a escasez prolongada de agua y su comparación con terrenos de control que conservaron las condiciones ambientales habituales.
Los resultados muestran que el estrés hídrico persistente no provoca únicamente una reacción temporal de los microorganismos. A medida que la sequía continúa, las comunidades del suelo se alejan progresivamente de su estado original y disminuye la certeza de que puedan recuperarse cuando regrese el agua.
La investigación fue publicada en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences y aborda una de las principales incertidumbres sobre la respuesta de los ecosistemas terrestres ante sequías más frecuentes y prolongadas.
La actividad esencial que ocurre bajo la superficie
Los microorganismos del suelo sostienen numerosos procesos fundamentales para el funcionamiento de los ecosistemas. Bacterias, hongos y protistas participan en la descomposición de materia orgánica y en el movimiento del carbono, el nitrógeno y el azufre.
Estas comunidades también influyen en la fertilidad, la estructura del suelo, la disponibilidad de nutrientes y la capacidad de las plantas para afrontar condiciones ambientales adversas.
El conjunto de microorganismos que habita el terreno forma el microbioma del suelo, una red biológica compleja cuyas interacciones pueden determinar la estabilidad y productividad de los ecosistemas naturales y agrícolas.
A pesar de su importancia, ha resultado difícil observar cómo cambian estas comunidades durante periodos prolongados de sequía. Los experimentos de campo continuos durante varios años son poco frecuentes y requieren un seguimiento sistemático bajo condiciones ambientales controladas.
Seis años de observaciones continuas
El equipo realizó estudios anuales del ecosistema y tomó muestras de suelo durante seis años en una pradera de pastos altos. Algunas parcelas estuvieron sometidas a una sequía experimental, mientras otras se mantuvieron como controles.
Este diseño permitió observar no solo las diferencias entre suelos secos y suelos sin tratamiento, sino también la evolución de las comunidades microbianas a medida que se prolongaba la falta de agua.
Jizhong Zhou, director del Instituto de Genómica Ambiental de la Universidad de Oklahoma, profesor George Lynn Cross de la Escuela de Ciencias Biológicas y autor principal del trabajo, explicó que los efectos de la sequía sobre la vegetación superficial se conocen desde hace tiempo.
Sin embargo, los cambios que ocurren bajo el suelo habían sido mucho más difíciles de identificar. Los seis años de información continua permitieron comprobar que las comunidades microbianas no se limitan a sufrir estrés, sino que se desplazan gradualmente hacia nuevos estados ecológicos.
La biodiversidad disminuyó en tres grandes grupos
El experimento detectó una reducción constante y progresiva de la biodiversidad microbiana en los tres grandes reinos analizados: bacterias, hongos y protistas.
La pérdida simultánea en estos grupos representa un patrón que no había sido documentado previamente de esta manera en investigaciones sobre sequía.
Las bacterias intervienen en la transformación de nutrientes y en la descomposición de diferentes compuestos. Los hongos participan en la degradación de materia orgánica y mantienen asociaciones esenciales con las raíces de numerosas plantas.
Los protistas, aunque reciben menos atención, también forman parte de las redes alimentarias microscópicas y regulan poblaciones bacterianas y otros procesos del suelo.
La disminución conjunta de estos organismos puede afectar numerosas interacciones biológicas. La pérdida de microorganismos esenciales para el funcionamiento del suelo puede debilitar procesos que sostienen la vegetación y la disponibilidad de nutrientes.
Las comunidades se alejaron de su estado original
Además de perder especies, los microbiomas de las parcelas sometidas a sequía se volvieron cada vez más diferentes entre sí y respecto de las comunidades presentes en las parcelas de control.
La sequía aceleró la sucesión ecológica, el proceso por el cual la composición de una comunidad cambia con el paso del tiempo. Bajo estrés hídrico prolongado, esta transformación avanzó hacia configuraciones cada vez más divergentes.
Los investigadores describieron este comportamiento como una deriva de las comunidades microbianas. Cuanto mayor era el desplazamiento respecto de la composición original, más incierta resultaba una futura recuperación.
Esto significa que el regreso de las lluvias no garantiza necesariamente que los microorganismos vuelvan a organizarse de la misma manera que antes de la sequía.
Algunas especies pueden desaparecer de las parcelas, mientras otras adaptadas a condiciones secas ocupan su lugar. La restauración posterior dependerá de la capacidad de recolonización, de la disponibilidad de agua y de las nuevas relaciones establecidas entre los organismos supervivientes.
La sequía seleccionó a los organismos capaces de sobrevivir
El estrés hídrico fortaleció un proceso denominado filtrado ambiental determinista. En este fenómeno, las condiciones del entorno restringen el número y tipo de organismos capaces de mantenerse dentro de una comunidad.
La falta prolongada de agua actuó como un filtro que favoreció a los microorganismos tolerantes a la sequía y eliminó progresivamente a los más sensibles.
Este proceso redujo el abanico de organismos capaces de sobrevivir y condujo a las comunidades hacia estados alterados más difíciles de abandonar.
El resultado puede parecer contradictorio. Aunque los microbiomas de las parcelas secas se alejaron cada vez más de su composición inicial, el fuerte filtro ambiental limitó las posibles especies supervivientes y redujo ciertos tipos de variación dentro de las comunidades.
Disminuyeron genes relacionados con los ciclos de nutrientes
Los efectos de la sequía no se limitaron a la composición de las comunidades. A medida que disminuyó la biodiversidad, también se redujo la abundancia relativa de genes asociados con procesos fundamentales del ciclo de nutrientes.
Estos genes permiten que los microorganismos ejecuten funciones vinculadas con la transformación y circulación de elementos como el carbono, el nitrógeno y el azufre.
Los modelos estadísticos confirmaron que los cambios funcionales estaban conectados con modificaciones medibles en el almacenamiento de nutrientes del suelo y con el estado general del ecosistema.
La pérdida de funciones microbianas puede alterar la velocidad con la que se descompone la materia orgánica, la cantidad de nutrientes que permanece disponible y el volumen de carbono almacenado en el terreno.
Investigaciones anteriores ya habían advertido que el aumento de las sequías altera los microorganismos responsables de capturar carbono, con posibles efectos sobre la fertilidad y la regulación del clima.
Una menor capacidad para afrontar futuras perturbaciones
Los investigadores advierten que las sequías sostenidas pueden debilitar la base microbiana de la que dependen los ecosistemas.
Una comunidad con menor biodiversidad dispone de menos especies capaces de desempeñar funciones similares. Cuando desaparece un grupo microbiano, puede no existir otro organismo que sustituya completamente su actividad.
Esta pérdida de redundancia funcional reduce la capacidad del suelo para mantener sus procesos ante nuevas sequías, olas de calor u otras perturbaciones.
Los microbiomas alterados también pueden presentar una recuperación más lenta después de que regresen las precipitaciones. En casos prolongados, el ecosistema podría permanecer en un nuevo estado, diferente del existente antes de la sequía.
La transformación puede repercutir sobre las plantas, porque los microorganismos intervienen en la liberación de nutrientes, la formación de agregados del suelo y las relaciones biológicas alrededor de las raíces.
Consecuencias para pastizales y sistemas productivos
Las praderas de pastos altos son ecosistemas dominados por plantas herbáceas que dependen de las condiciones del suelo y de la actividad microbiana para mantener su productividad.
Una reducción prolongada de las precipitaciones puede modificar tanto la vegetación superficial como las comunidades que funcionan bajo ella. Estos cambios pueden afectar el crecimiento de las plantas, el reciclaje de nutrientes y la recuperación del pastizal después de periodos extremos.
El comportamiento observado también resulta relevante para la agricultura, aunque el experimento se realizó en una pradera. Los suelos agrícolas contienen comunidades microbianas que participan en la nutrición vegetal y en la tolerancia de los cultivos al estrés.
Un estudio anterior mostró que determinadas bacterias del suelo ayudan al trigo a resistir la sequía y el calor. La pérdida de microorganismos beneficiosos podría reducir estas formas naturales de protección.
La intensidad de los efectos dependerá del tipo de suelo, la vegetación, la duración de la sequía y las prácticas de manejo. Sin embargo, el seguimiento de seis años demuestra que las consecuencias pueden acumularse y hacerse más complejas con el tiempo.
La recuperación puede ser más difícil de predecir
Los resultados cuestionan la idea de que el microbioma del suelo recuperará automáticamente su composición anterior cuando termine una sequía.
Las comunidades microbianas siguen trayectorias ecológicas condicionadas por las especies que sobreviven, los organismos que pueden regresar y las características físicas y químicas que permanecen después del estrés.
Si la sequía elimina determinados microorganismos o altera de forma importante el almacenamiento de nutrientes, la recuperación puede producirse de manera parcial o conducir a una comunidad diferente.
Esta incertidumbre dificulta anticipar cuánto tiempo necesitará un suelo para restaurar sus funciones y si será capaz de alcanzar nuevamente el estado previo al periodo seco.
El seguimiento a largo plazo resulta esencial porque los análisis realizados durante una sola temporada pueden no detectar la acumulación progresiva de cambios observada durante los seis años del experimento.
Información para adaptación y conservación
La falta de datos continuos sobre los microbiomas había limitado la elaboración de políticas de adaptación y conservación frente a la sequía.
Conocer la velocidad a la que se pierde diversidad y se modifican las funciones del suelo puede ayudar a identificar los ecosistemas más vulnerables y determinar cuándo es necesario aplicar medidas de restauración.
El mantenimiento de la cobertura vegetal, la reducción de la erosión y la conservación de la materia orgánica pueden contribuir a proteger el ambiente donde viven los microorganismos.
En terrenos productivos, las rotaciones de cultivos, el menor disturbio físico y la incorporación adecuada de residuos vegetales pueden favorecer comunidades microbianas más diversas. Estas prácticas no eliminan los efectos de una sequía prolongada, pero pueden fortalecer la condición inicial del suelo.
El estudio, titulado Experimental drought drives divergent succession of soil microbiota, fue elaborado por Sihang Deng y otros investigadores. Los resultados muestran que la sequía experimental impulsa una sucesión divergente de la microbiota y debilita funciones vinculadas con el almacenamiento y la circulación de nutrientes.
Fuente(s) referenciales
Phys.org — Six years of drought reshape soil microbiomes in tallgrass prairie, study finds
