En el verano de 2012, dos estudiantes universitarios abordaron un problema que los expertos en ecología vegetal habían pasado por alto durante 30 años. Los estudiantes demostraron que las diferentes especies de plantas varían en la forma en que absorben dióxido de carbono y emiten agua a través de los estomas, los poros en sus hojasLos datos aumentaron la precisión de los modelos matemáticos de los flujos de carbono y agua a través de las hojas de las plantas en un 30 a 60 por ciento.
Los investigadores, con sede en la Universidad de Illinois, informan sus hallazgos en la revista Ecología y evolución de la naturaleza .
En retrospectiva, el descubrimiento podría parecer obvio, dijo el profesor de biología de plantas Andrew Leakey, de la U. de I., que fue mentor de los estudiantes y es coautor del estudio.
"Si tuviera que ir a una conferencia de fisiólogos de plantas y decir: '¿Hay diversidad en la forma en que se comportan los estomas de las plantas?', Cada uno de ellos diría 'sí'", dijo Leakey.
"Y, sin embargo, durante la mayor parte de los últimos 30 años, nuestra comunidad no ha podido describir esa diversidad en términos de matemáticas".
Este descuido se debe en parte al hecho de que pocos biólogos de plantas saben cómo, o están naturalmente inclinados, convertir sus conocimientos biológicos en las ecuaciones matemáticas que los modeladores necesitan para mejorar la precisión de su trabajo, dijo Leakey.
"Como resultado, los modeladores se han visto obligados a asumir que los estomas de todas las especies se abren y cierran en respuesta a las condiciones ambientales de la misma manera", dijo.
Esta suposición se basó en el trabajo de un equipo dirigido por Joseph Berry de la Carnegie Institution for Science. El grupo descubrió que el comportamiento de los estomas podría describirse mediante una ecuación simple y simple. Pero Berry y sus colegas lograron su avance inicialmidiendo la soja. Desde entonces, muy pocos científicos de plantas se habían preguntado si la ecuación para la soja también funcionaba en otras especies. Como resultado, los modeladores se quedaron con la única versión de la ecuación, dijo Leakey.
"Esta fue una simplificación excesiva que probablemente condujo a errores en las predicciones del modelo de qué tan bien crecen los cultivos y los bosques en diferentes momentos y lugares", dijo.
"Es imposible medir cada planta en todo el mundo a lo largo del tiempo", dijo Kevin Wolz, quien realizó la nueva investigación con Mark Abordo cuando ambos eran estudiantes de pregrado. "Por lo tanto, medimos algunas cosas experimentalmente y luego representamos eso con algunasmatemáticas, que es un modelo "
El modelado es una herramienta útil para hacer predicciones sobre cómo varios sistemas biológicos funcionarán con el tiempo, dijo Wolz. Los modelos pueden ayudar a determinar qué cultivos funcionarán bien en ubicaciones geográficas específicas y si producirán suficiente alimento o biomasa para que su cultivo sea rentableTambién ayudan a predecir cómo responderán las plantas a la contaminación, la sequía o las condiciones climáticas futuras, dando a los responsables de la formulación de políticas una visión de los posibles daños o beneficios asociados con las decisiones específicas sobre el uso de la tierra.
En el momento del estudio, Wolz se estaba especializando en biología e ingeniería civil y ambiental. Esto le dio una idea de la complejidad del mundo natural y la simplicidad y el poder de los modelos matemáticos. Él y Abordo, un estudiante de matemáticastiempo, aproveché la oportunidad de estudiar cómo las plantas ajustan sus estomas en respuesta a las diferentes condiciones atmosféricas.
"Fue un cambio agradable de trabajar en pizarras todo el tiempo para hacer experimentos de laboratorio y trabajar en los campos", dijo Abordo.
Los dos se levantaron antes del amanecer todos los días de la semana durante el verano para recolectar hojas de 15 especies de árboles y llevarlas de vuelta al laboratorio, donde utilizaron equipos de intercambio de gases para medir cómo respondían las hojas a las diferentes condiciones de luz y atmosféricas.poner a prueba con pruebas que duran aproximadamente seis horas.
"Es un poco como ir al médico y someterse a una prueba de cardio en la que te ponen en una cinta de correr", dijo Leakey. "Esencialmente, eso es lo que estaban haciendo Kevin y Mark; estaban tomando hojas y corriendo bajo diferentes escenarios paraaprende cómo respondieron las hojas "
Sus hallazgos no fueron sorprendentes, dijo Wolz.
"Demostramos que no todas las plantas son iguales", dijo.
El equipo encontró una cantidad significativa de variación en la forma en que las diferentes especies de árboles respondieron a cosas como la luz, el calor, la concentración de dióxido de carbono y la humedad. La alteración de los modelos estándar con los nuevos datos mejoró dramáticamente la precisión de los modelos, encontraron los investigadores.
"Vimos una reducción del error del 30 al 60 por ciento", dijo Leakey.
"Esta investigación muestra que capacitar a personas como Kevin de manera interdisciplinaria nos permite romper las barreras de comunicación en la ciencia, entre los modeladores y los científicos de plantas, por ejemplo", dijo Leakey. "Esta es solo una de una larga lista de problemaseso se beneficiaría de tal enfoque "
Se necesita más trabajo para extender el nuevo enfoque a otras especies de plantas y ampliar el esfuerzo para incluir modelos que analicen la dinámica a escala del ecosistema, dijeron los investigadores.
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Materiales proporcionados por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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