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Medio Ambiente

Los efectos de cambio climático en los microorganismos del suelo dependen de la deposición atmosférica de nitrógeno


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Investigadores de España, Portugal y Estados Unidos han determinado que los efectos de cambio climático sobre el funcionamiento de los microorganismos del suelo están modulados por la deposición atmosférica de nitrógeno. De este modo, dependiendo de cuanta contaminación atmosférica de nitrógeno haya en una zona, la respuesta del sistema a los cambios esperados en las precipitaciones como consecuencia del cambio climático será diferente.

En el trabajo han colaborado Lourdes Morillas, Javier Roales y Antonio Gallardo, de la Universidad Pablo de Olavide (España); Jorge Durán, del Centro de Ecología Funcional de la Universidad de Coimbra (Portugal); Alexandra Rodríguez del Museo Nacional de Ciencias Naturales/CSIC (España), y Peter M. Groffman y Gary M. Lovett, del Cary Institute of Ecosystem Studies (Estados Unidos).

Como explica uno de los investigadores del equipo, Jorge Durán, uno de los aspectos más críticos del cambio climático es la intensificación del ciclo hidrológico en muchas zonas del planeta, es decir, un aumento de las sequías junto con tormentas más frecuentes e intensas. Esta intensificación afecta a la humedad del suelo, uno de los factores más importantes que controlan los procesos bioquímicos, con un aumento en la frecuencia de los ciclos de secado y rehumedecido.

Otro componente del cambio global es el alto nivel de deposición atmosférica de nitrógeno debido principalmente al uso de combustibles fósiles y la agricultura. Según Alexandra Rodríguez, el exceso de deposición de nitrógeno puede tener serias consecuencias en los ecosistemas, como por ejemplo desbalances de los nutrientes, la acidificación del agua y del suelo, la eutrofización (una excesiva concentración de nutrientes) de ecosistemas, los aumentos en las emisiones de N2O y cambios en la capacidad de almacenamiento de carbono en los suelos.

Por otro lado, indica Lourdes Morillas, es importante tener en cuenta a los microbios como mediadores de los ciclos biogeoquímicos. “Los cambios rápidos en la humedad del suelo son estresantes para los microbios, ya que deben invertir una gran cantidad de energía y recursos para responder a ellos. Por ello, es esperable que la capacidad de los microorganismos del suelo de responder a cambios en los patrones de lluvia varíe con el estado nutricional del suelo”.

A pesar de su importancia, pocos estudios han examinado las interacciones entre la deposición de nitrógeno y los cambios en el patrón de precipitaciones, y existe una gran incertidumbre sobre cómo el aumento de nitrógeno modulará la capacidad del suelo de resistir al cambio climático. El trabajo llevado a cabo por este equipo de científicos trata de contribuir a paliar este vacío.

En 1996, los investigadores del Cary Institute of Ecosystem Studies seleccionaron seis parcelas y una de cada par fue tratada regularmente con nitrógeno, en una experiencia que se ha prolongado durante 15 años. En mayo de 2012, junto con los investigadores de España y Portugal, se recolectaron muestras de estos suelos y se sometieron a cuatro tratamientos de secado y rehumedecido. En uno de ellos el suelo se mantuvo a humedad constante y, en los otros tres, los suelos se sometieron a uno, dos y cuatro eventos de secado y rehumedecido.

El equipo realizó antes, durante y después de la incubación una serie de técnicas de laboratorio para valorar el estado nutricional y funcional del suelo. Por ejemplo, se estimó la cantidad y diversidad de microorganismos, las tasas de mineralización de nitrógeno o la respiración microbiana.

A partir de este experimento, los investigadores pudieron demostrar que la capacidad de los suelos de los bosques templados de ciclar carbono y nitrógeno se verá significativamente alterada por cambios en el patrón de precipitaciones que probablemente ocurran como consecuencia del cambio climático. “El aumento de ciclos de secado y rehumedecido probablemente provocará aumentos en las cantidades de amonio y nitrógeno inorgánico total del suelo, pero disminuciones en el nitrato, debido a una disminución de la tasa de nitrificación. También provocará una disminución de la biomasa microbiana y del intercambio de gases de efecto invernadero entre el suelo y la atmósfera”, precisa Javier Roales.

El resultado más significativo del estudio, que se publicará próximamente en Global Change Biology, es el papel clave de la deposición de nitrógeno como modulador de las respuestas de estos bosques al cambio climático. Los científicos apuntan a una clara interacción entre estos dos componentes del cambio global (deposición de nitrógeno y cambio climático), de manera que el aumento de la deposición de nitrógeno “podría atenuar los impactos del esperado aumento de los ciclos de secado y rehumedecido con el cambio climático sobre importantes procesos del suelo”. Así, este tipo de estudios empíricos que evalúan la interacción de varios factores son de especial interés para la creación de modelos que puedan predecir de forma realista la respuesta de los ecosistemas al cambio global. (Fuente Cristina G. Pedraz/DICYT)

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Utilizan especies marinas como sistema de alerta temprana de la presencia de fármacos en ecosistemas acuáticos


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Investigadores de la Universidad de Cádiz en España han desarrollado una herramienta de evaluación de productos farmacéuticos en ecosistemas acuáticos basada en el análisis bioquímico en tejidos de especies marinas con una alta sensibilidad a los cambios en su hábitat. Esta característica las convierte en bioindicadores precisos de la calidad de las aguas, ya que detectan la presencia de medicamentos y actúan como un sistema de alerta temprana ante posibles daños en el entorno.

Los productos farmacéuticos se consideran contaminantes emergentes potenciales para el medio acuático, debido a su alto nivel de producción, uso incontrolado y no cuentan con una normativa reguladora de sus niveles en las aguas. De ahí que los expertos de la Universidad de Cádiz propongan métodos para analizar sus efectos basados en ensayos de toxicidad de las aguas. “Los medicamentos llegan al medio marino a través los efluentes, porque el cuerpo humano no los metaboliza completamente. Como están en concentraciones muy bajas, las plantas de tratamiento de aguas residuales no están diseñadas para eliminarlos, además la legislación ambiental existente no considera la necesidad de utilizar métodos para su control. Por eso, no se han tenido en cuenta hasta el momento y hay que buscar métodos alternativos para evaluar su riesgo”, expone a la Fundación Descubre la investigadora responsable del estudio, Gabriela Aguirre, de la Universidad de Cádiz.

Los investigadores proponen técnicas más precisas de evaluación de toxicidad en su artículo titulado ‘Are standard tests sensitive enough to evaluate effects of human pharmaceuticals in aquatic biota? Facing changes in research approaches when performing risk assessment of drugs’ y publicado en la revista Chemosphere. En él se describen procesos de evaluación más sensibles para medir el riesgo de los productos farmacéuticos en los medios acuáticos basados en la alta sensibilidad de estados de vida temprana de algunas especies como larvas de erizos de mar para detectar estos contaminantes.

Por otra parte, han analizado la capacidad del cangrejo verde y la almeja japónica para evidenciar la presencia de fármacos. En el laboratorio, los investigadores han expuesto a los organismos a aguas enriquecidas con fármacos disueltos con concentraciones que ya han medido en el medio marino. “El objetivo consistía en comprobar si estos niveles eran estresantes para su supervivencia. Para ello hemos analizado dos parámetros. Primero, la hemolinfa, el líquido circulatorio de invertebrados. Si detectábamos estrés continuábamos con el análisis de marcadores enzimáticos en los tejidos del organismo diseccionado”, explica Aguirre.

Los investigadores concluyen que ambas especies pueden ser utilizadas como bioindicadores en ensayos de toxicidad, ya que aportan ventajas en la detección. Por un lado, resultan fáciles de encontrar en la zona y de manejar en laboratorio. Asimismo, aportan un alto grado de sensibilidad, ya que se acomodan al medio en el que viven frente a un estrés provocado por la concentración de productos farmacéuticos. “Por ello podemos analizar cambios en la actividad enzimática, es decir, su respuesta a nivel celular ante los medicamentos. Así, son un sistema de alerta temprana antes de que el organismo se vea afectado y el daño sea irreversible”, matiza.

Los expertos han analizado la presencia de cuatro fármacos seleccionados entre los más comunes para distintos tipos de dolencias. Así han considerado un estimulante, la cafeína; un antiinflamatorio, el ibuprofeno; un anticonvulsivo, la carbamazepina y un antibiótico, la novobiocina.

Los científicos reconocen que las especies están expuestas a estos medicamentos en su entorno a diario. “A pesar  de que los productos farmacéuticos se encuentran en concentraciones bajas en el medio acuático, existe una exposición crónica de los organismos por la entrada continua de efluentes al mar”, relata Aguirre.

Por ello, según los expertos, los biomarcadores bioquímicos resultan herramientas idóneas para el estudio de los efectos producidos por productos farmacéuticos. “Los fármacos son sustancias biológicamente activas diseñadas para causar efectos beneficiosos en humanos pero pueden alterar la estructura del ecosistema”, destaca Aguirre.

En esta línea, los investigadores abogan por seguir estudiando estos compuestos para analizar la incidencia en los genes de las especies y aumentar su relevancia en los análisis de aguas. “Proponemos que las guías de evaluación del riesgo ambiental incluyan estas herramientas más sensibles para contaminantes emergentes, que difieran de alguna manera de las que se utilizan para compuestos orgánicos más tóxicos como pesticidas o hidrocarburos”, incide.

El estudio se enmarca dentro del proyecto de excelencia ‘Diseño de una herramienta integrada para la evaluación y gestión ambiental de sistemas acuáticos afectados por vertidos de productos farmacéuticos’ financiado por la consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo de la Junta de Andalucía y dirigido por la profesora M. Laura Martín Díaz de la facultad de ciencias del Mar y ambientales de la Universidad de Cádiz. (Fuente: Fundación Descubre)

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Los arrecifes de coral más degradados tardarían 60 años en recuperarse


Varias amenazas afectan a los arrecifes de coral de todo el mundo: la sobrepesca, la contaminación y el desarrollo costero. A ellos se suma el cambio climático. Según el Instituto de Recursos Mundiales, el 75% de los arrecifes de coral del mundo están amenazados y más del 20% han desaparecido en los últimos 30 años debido a los cambios en el clima y a la sobrepesca. A pesar de ello, solo el 27% de estos sistemas están dentro de las áreas de protección marina.

Por primera vez, un estudio ha logrado calcular la biomasa de peces de 832 arrecifes de coral repartidos por 64 localizaciones de todo el mundo. Los resultados, publicados esta semana en Nature, han permitido identificar los arrecifes más degradados en función de la cantidad de peces presentes en sus aguas y estimar los periodos de recuperación necesarios para los que cuentan con menos peces o los que sufren sobrepesca.

“Hemos identificado varias áreas que están en una situación urgente de restauración, como los arrecifes de la isla de Guam al oeste del océano Pacífico, y los de la isla de Ahus en Papua Nueva Guinea”, señala a Sinc M. Aaron Macneil, investigador en el Instituto Australiano de Ciencias Marinas y autor principal del trabajo.

No obstante, para Macneil, los arrecifes de coral afectados indirectamente por la pobreza extrema de la zona en la que se encuentran son los que han experimentado un mayor agotamiento de sus poblaciones de peces “hasta el punto que el ecosistema ya no puede sostenerse”, alerta el experto, quien añade que el arrecife llega en estos casos al colapso. Estas son las situaciones más difíciles de recuperar.

A los arrecifes más degradados les faltan peces como el pez cirujano, el pez loro, el pez conejo, el pez damisela y otros tropicales que comen plantas como los fusileros. Al recuperar a estas especies y, por lo tanto, las funciones ecológicas que desempeñan, los ecosistemas podrían sobrevivir estableciendo restricciones en la pesca.

“Los peces de los arrecifes de coral desempeñan un papel clave en estos ecosistemas al comer las algas con las que los corales compiten por el espacio y depredando otros peces e invertebrados. Algunas de estas funciones deben mantenerse intactas para que el arrecife esté sano”, explica el científico.

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Según el análisis, un arrecife de coral que no está afectado por la pesca cuenta con una media de 1.000 kilos de biomasa de peces por hectárea. Pero en una situación de sobrepesca, el umbral de la biomasa de peces ante un colapso del arrecife es de 100 kilos por hectárea.

Los arrecifes que mantienen 500 kilos de biomasa de peces por hectárea (cerca del 50% de la capacidad media del arrecife) mantienen las funciones ecológicas estables a la vez que sustentan la pesca local. Sin embargo, los autores advierten que el 83% de los 832 arrecifes de coral analizados tienen menos de 500 kilos de biomasa de peces, el umbral necesario para mantener la integridad ecológica y prevenir su declive.

Con este estudio, los investigadores proporcionan además, por primera vez, los periodos de tiempo necesarios para la recuperación de los arrecifes de coral. “Las áreas colapsadas podrían tardar hasta 60 años en recuperarse una vez que la pesca se detiene”, asegura a Sinc Macneil. El modelo generado apunta que en los casos de arrecifes con una pesca moderada, el ecosistema podría tardar una media de 35 años en recuperarse con una protección adecuada.

Los expertos coinciden en afirmar que la pesca es el principal impulsor de la degradación de las funciones de los arrecifes. Al retirar demasiados herbívoros y especies de peces predadores se priva a los arrecifes de coral de sus funciones y de su capacidad para responder eficazmente a otras alteraciones. Conocer la cantidad correcta de peces necesarios en los arrecifes puede ayudar a las pesquerías locales a establecer límites claros de cuántos peces pueden ser pescados sin amenazar el ecosistema del que dependen.

“Los métodos empleados para estimar la salud del arrecife en el estudio son suficientemente simples como para que la mayoría de pescadores y gestores puedan tomar las riendas del arrecife y mantenerlo en un estado saludable”, observa Tim McClanahan, conservacionista senior en la Wildlife Conservation Society (EE UU) y coautor del estudio, quien añade que pescadores y gestores tienen ahora la oportunidad de planificar la recuperación de la salud del arrecife que les proporcionará las mejores oportunidades para adaptarse al cambio climático.

El estudio establece así un nuevo enfoque a la gestión de la pesca en los arrecifes y supone “una hoja de ruta para la pesca en estos ecosistemas que no solo nos dice dónde estamos –en términos de biomasa de peces– sino también dónde deberíamos estar y cuánto tiempo tardaremos en alcanzarlo”, concluye el investigador australiano. (Fuente: SINC)

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Los arbustos en zonas áridas generan ecosistemas más diversos


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La lucha para frenar la desertificación tiene también un campo de batalla académico. Las predicciones apuntan a que las zonas áridas, semiáridas y seco-subhúmedas del planeta (zonas áridas), que se extienden por un 42% del globo pueden degradarse severamente como consecuencia del cambio climático. En total, más de un tercio de la población mundial (el 38%) vive en zonas áridas: zonas del Mediterráneo, en estepas como las existentes en el centro de Asia o en la sabana africana. Allí se encuentran de forma natural una importante presencia de arbustos y árboles (plantas leñosas).

Para establecer políticas que sirvan de cortafuegos en estos espacios susceptibles de perder fertilidad y especies, los expertos señalan que es importante conocer primero cuáles son los determinantes de su biodiversidad y de la fertilidad de sus suelos, que está directamente relacionada con su capacidad de proveer servicios ecosistémicos que son el soporte de nuestro bienestar y desarrollo.

Un equipo internacional, coordinado por científicos de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC), en España, ha estudiado zonas áridas de todo el planeta (salvo la Antártida) y ha encontrado un patrón global entre la presencia de árboles y arbustos, la biodiversidad y la fertilidad del suelo de estos entornos.

Al contrario de la creencia generalizada de que una mayor presencia de arbustos se asocia a ecosistemas degradados, este trabajo, liderado por Fernando Maestre, profesor de Ecología de la URJC, demuestra que una cobertura intermedia de esta vegetación leñosa genera ecosistemas más diversos y con suelos más fértiles.

"Los ecosistemas en los que hay abundancia intermedia de esta vegetación leñosa son más diversos y sus suelos albergan mayor fertilidad", asegura Maestre. Aunque existen otros estudios que han observado estas relaciones de biodiversidad y cobertura de plantas leñosas en aves y mamíferos a escala regional, este trabajo es el primero que estudia los efectos de la abundancia de vegetación leñosa en la riqueza de especies de plantas a escala global.

El equipo de Maestre contó con la colaboración de más de 60 científicos de unos 30 centros de investigación y universidades del mundo para tejer una red de información que comprometiera la mayor extensión del planeta. Establecida la red global, los investigadores empezaron a tomar datos sobre el terreno.

Con la colaboración de estos científicos locales, se establecieron 224 puntos de muestreo en países en los que se da un clima semiárido. En el hemisferio norte dibujaron una franja geográfica que se extiende desde las planicies centrales de Estados Unidos y México a España, Marruecos y Túnez en el entorno mediterráneo y que, pasando por Israel y Oriente Medio, alcanzaban las estepas de la región china de Mongolia Interior.

En el hemisferio sur, muestrearon además zonas semiáridas de Perú, Argentina, Brasil y Australia entre otras. Asignaron, por último, un tercer eje de muestreo en el Ecuador, con datos procedentes de Ecuador, Venezuela y Kenia, donde también hay entornos semiáridos.

Desde la URJC se diseñaron las herramientas de muestreo que emplearon los científicos locales, se procesaron todos los datos y se analizaron las variables relacionadas con la fertilidad del suelo en colaboración con los doctores Antonio Gallardo y José A. Carreira, de las Universidades Pablo de Olavide y de Jaén.

“La realización de este estudio global ha supuesto una cantidad de trabajo ingente que no hubiera sido posible sin la red de colaboraciones internacional que hemos establecido y sin los recursos proporcionados por el proyecto BIOCOM”, explica Maestre.

“En total, se han realizado más de 46.000 análisis de suelo, ya que se tomaron más de 2.600 muestras de suelo y en cada una se han analizado 18 variables relacionadas con la estructura y la fertilidad del suelo”, añade. Parte de los resultados de esta investigación han sido publicados recientemente en Global Ecology and Biogeography, en un artículo liderado por Santiago Soliveres, investigador post-doctoral de la Universidad de Berna (Suiza), que ha trabajado en la URJC como investigador de 2007 a 2013.

Los resultados demuestran que cuando hay niveles intermedios de cobertura vegetal leñosa, la biodiversidad y una variable equiparable a la fertilidad del suelo son mayores. Las coberturas intermedias de árboles y arbustos presentes en las estepas o las zonas mediterráneas hacen que estos sistemas sean más heterogéneos, “incrementando la disponibilidad de nichos ecológicos y capturando una mayor cantidad de recursos, lo que permite que se sobrevivan más especies vegetales diferentes”, apunta Soliveres.


Sin embargo, las coberturas excesivas de vegetación leñosa pueden reducir estos niveles de biodiversidad y fertilidad del suelo. “Estos niveles excesivos de vegetación leñosa continua homogenizan el ecosistema y excluyen especies que dependen de espacios más abiertos, reduciendo la biodiversidad total del ecosistema", asevera el investigador.

Un resultado importante de este estudio es que el efecto negativo de esta homogeneización no ocurre en las zonas con mayor disponibilidad de agua, pero "su efecto negativo en la fertilidad del suelo puede aumentar en las zonas más secas debido a la mayor aridez predicha para finales de este siglo por los modelos climáticos”, observa Soliveres.

Los entornos semiáridos y su biodiversidad están expuestos a diferentes amenazas derivadas de la actividad humana. Este estudio demuestra que la reducción de la vegetación leñosa puede reducir drásticamente la diversidad de sus especies asociadas y generar pérdidas en la fertilidad del suelo y su habilidad para secuestrar CO2. La información proporcionada por los científicos puede ayudar a establecer políticas que permitan la conservación de estos espacios naturales en un contexto de cambio ambiental global.

Este trabajo es una iniciativa de la Universidad Rey Juan Carlos, a través de su laboratorio de cambio global y ecosistemas semiáridos (LCGES), y está financiado por el Consejo Europeo de Investigación (proyecto BIOCOM) dentro del VII Programa Marco de la Comisión Europea. (Fuente: URJC)

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