Investigadores de ETH Zurich han identificado un mecanismo de autorregulación en los árboles de hoja caduca europeos que limita la duración de su temporada de crecimiento: los árboles que realizan más fotosíntesis en primavera y verano pierden sus hojas a principios de otoño.
Las hojas de los árboles caducifolios templados brillan en todo su esplendor amarillo y rojo justo antes de caer, lo que indica que ha llegado el otoño. Este proceso, llamado senescencia de las hojas, permite a los árboles prepararse para el próximo invierno suspendiendo su crecimiento y extrayendo nutrientes del follaje. En el ciclo fenológico de los árboles, la senescencia foliar marca el final del período productivo durante el cual absorben CO 2 a través de la fotosíntesis.
El calentamiento global ha dado lugar a períodos de vegetación más prolongados en los últimos años, con la aparición de hojas de primavera en los árboles europeos aproximadamente dos semanas antes que hace 100 años y la senescencia otoñal unos seis días después. En general, se espera que la senescencia continúe retrasándose enun clima más cálido, aumentando la cantidad de carbono capturado por estas plantas bajo el cambio climático.
Sin embargo, los investigadores de ETH Zurich ahora han llegado a la conclusión opuesta. En un estudio publicado en la revista ciencia , han demostrado un mecanismo de autorregulación que limita el período productivo. El aumento de la fotosíntesis en primavera y verano conduce a una senescencia más temprana, lo que podría resultar en una caída más temprana de las hojas en otoño.
Limitación del fregadero como controlador de senescencia
"Anteriormente, los pronósticos precisos de la temporada de crecimiento de los árboles han sido difíciles, ya que los impulsores de la senescencia de las hojas no se han entendido bien", dice Constantin Zohner, líder del estudio y científico principal en el Laboratorio Crowther de ETH Zurich.
Hasta ahora, los científicos generalmente han asumido que, después de que termina el verano, las disminuciones otoñales de la temperatura y la duración del día son las principales señales que determinan el momento de la senescencia de las hojas. Algunos estudios también indicaron que la emergencia de las hojas en primavera tiene un efecto sobre la muerte de las hojas.en otoño. "Pero debido a que la importancia de estos mecanismos seguía sin estar clara, los modelos fenológicos fueron, en el mejor de los casos, capaces de tener en cuenta estos efectos sólo en parte", dice el biólogo.
Zohner sospechaba que el vínculo entre la fenología de primavera y otoño puede explicarse por la actividad fotosintética, o más precisamente, el fenómeno de limitación del sumidero de carbono. En esta hipótesis, los escasos nutrientes del suelo como el nitrógeno, entre otras cosas, limitan la cantidad deCO 2 que una planta puede absorber durante la temporada. Cuanto más carbono absorban los árboles en primavera y verano, más temprano debe comenzar la senescencia de las hojas.
Este papel de la fotosíntesis en el control de la senescencia de las hojas se conoce desde hace mucho tiempo, por ejemplo, en cultivos, pero nunca se ha probado en árboles. Esto es lo que motivó a los investigadores de ETH Zurich a investigar los impulsores de la fenología del otoño con un enfoque combinado de observaciones de campo., pruebas de laboratorio y modelado.
Fuerte efecto de la fotosíntesis
Las observaciones a largo plazo de seis especies de árboles caducifolios europeos durante las últimas seis décadas formaron la base del estudio. Con estos datos, el equipo de Zohner probó la influencia relativa de varios factores en el momento de la senescencia otoñal, incluida la emergencia de las hojas en primavera,fotosíntesis estacional, CO 2 concentración, temperatura y precipitación.
Además, los investigadores también realizaron una serie de experimentos con plantones en cámaras climáticas y al aire libre. Esto les permitió aislar los efectos de la temperatura, la luz del día y el CO 2 contenido que impulsa la correlación entre la fotosíntesis y la senescencia foliar.
Las observaciones a largo plazo revelaron un fuerte efecto de la fotosíntesis: en años con un aumento de la fotosíntesis en primavera y verano, la senescencia de las hojas comenzó antes, con cada diez por ciento de aumento en la actividad fotosintética avanzando la senescencia de las hojas en ocho días. Los experimentos apoyaron estos hallazgos.
Un nuevo modelo de senescencia otoñal
"Nuestros análisis sugieren que la fotosíntesis estacional, las temperaturas otoñales y la duración del día son los impulsores clave de la senescencia", dice la autora principal Deborah Zani al explicar las fuerzas involucradas. "Varios otros factores, como el CO atmosférico 2 las concentraciones, las temperaturas de verano, los niveles de luz y la precipitación también parecen influir en la senescencia, pero solo indirectamente al afectar la fotosíntesis ".
Los otoños más cálidos bajo el cambio climático, por lo tanto, tienden a posponer la senescencia. Sin embargo, este efecto se contrarresta aumentando la fotosíntesis en primavera y verano a través del aumento de CO 2 concentraciones, períodos de verano más cálidos y emergencia de hojas más temprana.
Zani y Zohner desarrollaron un nuevo modelo de fenología otoñal que tiene en cuenta todos los factores de acuerdo con su peso relevante. Este modelo permitió a los investigadores predecir el momento de la senescencia otoñal durante las últimas seis décadas con hasta un 42 por ciento más de precisión en comparación conmodelos anteriores.
Luego, los autores utilizaron este modelo para generar pronósticos actualizados del tiempo de senescencia de las hojas durante el resto del siglo y los resultados fueron bastante inesperados. Hasta ahora se esperaba que la senescencia ocurriera dos o tres semanas después, a fines de siglo.. "Nuestro nuevo modelo sugiere lo contrario: si la fotosíntesis continúa aumentando, las hojas envejecerán de tres a seis días antes de lo que lo hacen hoy", dice Zani. "Esto significa que la temporada de crecimiento se extenderá solo de 8 a 12 días al finaldel siglo, alrededor de dos o tres veces menos de lo que pensábamos anteriormente ", agrega Zani. Realizó el análisis de datos y el modelado como parte de su tesis de maestría en el Crowther Lab.
Impacto en el balance de carbono
En su estudio, los investigadores utilizaron datos del Proyecto Paneuropeo de Fenología, evaluando un total de 434.000 observaciones fenológicas en 3.800 lugares de Europa central entre 1948 y 2015. Se estudiaron seis especies representativas: castaño de indias europeo, abedul plateado,Haya europea, alerce europeo, roble inglés y serbal.
Los autores ven su estudio como evidencia de que los bosques templados tienen una capacidad limitada para absorber CO 2 : "CO estacional 2 la absorción probablemente aumentará en menor grado con el aumento de las temperaturas de lo que predijeron los modelos anteriores ", dice Zohner. Los investigadores de ETH Zurich ahora quieren comprender mejor la limitación de los sumideros de carbono en los bosques de la tierra.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Michael Keller. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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