Los glaciares árticos derretidos están en rápida recesión y los pioneros microscópicos colonizan los nuevos paisajes expuestos. Los investigadores de la LMU han revelado que las levaduras juegan un papel importante en la formación del suelo en el Ártico.
Aproximadamente una décima parte de la superficie terrestre de la Tierra está cubierta por hielo glacial. Sin embargo, los glaciares se están retirando cada vez más y más rápido como consecuencia del calentamiento global. Al hacerlo, exponen nuevos paisajes que durante milenios han estado cubiertos de hielo, con un contacto extremadamente limitado con el aire, la luz y los nutrientes: condiciones muy desafiantes para la supervivencia de la vida. Después de que el hielo glacial se derrite y se retira, varias formas de vida microbiana colonizan el lecho rocoso ahora accesible, acumulando nutrientes y formando nuevos suelos y ecosistemas. Dado que el suelo puede ser un importante almacén de carbono en las circunstancias adecuadas, la forma exacta en que se forman los nuevos suelos después del derretimiento de los glaciares es una cuestión de gran relevancia científica y social.
Los primeros pioneros del terreno inhóspito son microorganismos como las bacterias y los hongos. "Los microbios determinan cuántos carbono y nitrógeno se pueden almacenar en los suelos jóvenes", explica el profesor William Orsi del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de la LMU. "Pero se sabe poco sobre los procesos exactos detrás de esta estabilización de nutrientes a través de la actividad microbiana". Para comprenderlos mejor, Orsi y su equipo estudiaron suelos en el Ártico que han sido recientemente expuestos. Sus investigaciones fueron parte de la tesis doctoral del estudiante de doctorado de Orsi, Juan Carlos Trejos-Espeleta, y se llevaron a cabo en estrecha cooperación con el biogeoquímico ártico e investigador del CNRS, el Dr. James Bradley, del Instituto Mediterráneo de Oceanografía en Francia. El estudio fue financiado por la Fundación Nacional Alemana para la Ciencia (DFG), el Consejo de Investigación del Medio Ambiente Natural (NERC) y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF). Los resultados del estudio, en el que participaron otros investigadores de Estados Unidos, Reino Unido y Suiza, se han publicado ahora en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Cronología de la colonización
El objeto de sus análisis fue el glaciar de avance de Midtre Lovénbreen, un glaciar de valle en retroceso en el noroeste de Spitsbergen. "En el alto Ártico, el derretimiento de los glaciares es particularmente dramático", dice Orsi. "Los ambientes terrestres libres de hielo se están expandiendo allí a un ritmo extraordinariamente rápido". James Bradley, quien trabajó por primera vez en el sitio en 2013, dijo: "Hace una década estaba perforando núcleos de hielo en el glaciar. Cuando regresamos en 2021, el glaciar se había reducido y en lugar de hielo había suelos áridos, aparentemente sin vida". Pero tras análisis de laboratorio de estos suelos, los investigadores encontraron que contienen comunidades increíblemente diversas de microbios.
Las áreas recién expuestas son ideales para investigar cambios incrementales en el suelo. Cuanto más cerca está el suelo del margen del glaciar, más joven es; mientras que cuanto más lejos está el suelo, más tiempo ha tenido la vida para colonizar el terreno. Inmediatamente más allá del hielo, hay una zona de escombros rocosos glaciales donde no existe vida vegetal visible, seguida de morrenas con musgos y líquenes aislados, y solo después de esto, las plantas con flores y el suelo comienzan a formarse en una etapa avanzada de desarrollo. Como tal, los bordes de los glaciares en retroceso son laboratorios naturales ideales para observar las diversas etapas del desarrollo del suelo. Los ecosistemas son algunos de los hábitats más prístinos, delicados y vulnerables del planeta, y están siendo rápidamente colonizados por microbios especializados, a pesar de que están sujetos a extremos de temperatura, luz, agua y disponibilidad de nutrientes.
El equipo de Orsi investigó la composición microbiana de las distintas áreas mediante el análisis de ADN, al mismo tiempo que medía el ciclo y el flujo del carbono y el nitrógeno. A través de experimentos que involucraron aminoácidos marcados con isótopos, pudieron seguir con precisión la asimilación y el metabolismo del carbono orgánico microbiano. "Estábamos especialmente interesados en qué proporción de carbono los microorganismos se fijan en el suelo como biomasa y cuánto liberan de vuelta a la atmósfera como dióxido de carbono", dice Juan Carlos Trejos-Espeleta.
Los hongos pioneros secuestran carbono en el suelo
Su enfoque principal se centró en los hongos, una clase de organismo que es mucho mejor que las bacterias para almacenar gran cantidad de carbono en el suelo y mantenerlo allí. La proporción de hongos a bacterias es un indicador importante del almacenamiento de carbono: más hongos significan más carbono en el suelo, mientras que más bacterias generalmente conducen a que el suelo emita más CO2. "En los ecosistemas del alto Ártico, la variedad de hongos es particularmente alta en comparación con la de las plantas, lo que aumenta la probabilidad de que las comunidades de hongos puedan desempeñar un papel clave allí como ingenieros de ecosistemas", considera Orsi. Descubrir más sobre los procesos de asimilación de carbono de las poblaciones de hongos y bacterias y los procesos de flujo de carbono en el ecosistema es crucial para hacer predicciones precisas sobre cómo los ecosistemas terrestres en el Ártico responderán al calentamiento futuro.
Y, de hecho, los investigadores pudieron demostrar que los hongos, o más precisamente, las levaduras basidiomicetos específicas, juegan un papel decisivo en la estabilización temprana del carbono asimilado. De acuerdo con el estudio, ellos son los pioneros fúngicos en los suelos jóvenes postglaciales y hacen una contribución decisiva al enriquecimiento del carbono orgánico. El equipo de investigación encontró que estos hongos especializados no solo pueden colonizar los duros paisajes árticos antes que cualquier otra vida más compleja, sino que también proporcionan un punto de apoyo para que el suelo se desarrolle al generar una base de carbono orgánico que otra vida puede utilizar. En suelos en etapas medias y tardías, las bacterias dominan cada vez más la asimilación de aminoácidos, lo que lleva a una reducción significativa en la formación de biomasa y un aumento del CO2 a partir de la respiración. "Nuestros resultados demuestran que los hongos jugarán un papel crítico en el almacenamiento futuro de carbono en los suelos árticos a medida que los glaciares se encojan aún más y más área de la superficie de la Tierra esté cubierta por suelo", resume Orsi.
Revista Proceedings of the National Academy of Sciences DOI 10.1073/pnas.2402689121 Título del artículo Papel principal de los hongos en la estabilización del carbono del suelo durante la pedogénesis temprana en el alto Ártico Fecha de publicación del artículo 2 de julio de 2024
