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Botânica

A través de las hojas y las raíces

Equipos de investigación de las ciudades de Brasilia y Campinas identifican estrategias de árboles para asegurarse el suministro de agua

RAFAEL SILVA OLIVEIRA/UNICAMPEn días de neblina intensa o humedad muy elevada, ciertos árboles utilizan un mecanismo diferente para extraer del ambiente el agua que necesitan para mantenerse vivos, crecer y reproducirse. En lugar de absorber sólo por las raíces el agua disponible en el suelo, también acopian vapor de agua de la atmósfera mediante sus hojas. “Ese recurso puede permitir a las plantas la supervivencia durante períodos en que el agua disponible escasea”, explica el biólogo Rafael Silva Oliveira, de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). Recientemente, él identificó esa capacidad para absorber el agua por las hojas en árboles de la Selva Amazónica y del Bosque Atlántico que florecen a más de mil metros sobre el nivel del mar, en el litoral paulista.

Ese fenómeno, hasta entonces desconocido entre especies de la flora brasilera, no es nuevo. ERn 2004, el biólogo Todd Dawson, de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, había descrito esa metodología de hidratación en uno de los árboles más altos del mundo: la sequoia (Sequoia sempervirens), que alcanza hasta 115 metros de altura y vive más de dos mil años. Aunque aún no se conoce con certeza cómo ocurre la absorción por las hojas – que no son impermeables como se imaginaba -, Dawson demostró que ellas captan hasta un 30% del agua que las sequoias consumen a lo largo del año. En California, los bosques conformados por esos árboles, posiblemente no existirían en caso que las hojas de las sequoias no fuesen capaces de extraer de la neblina parte del agua que necesitan. “Allí llueve poco, con un nivel similar al de la [región seca del nordeste conocida como] Caatinga en Brasil”, afirma Oliveira, especialista en ecología vegetal de la Unicamp que desde hace casi una década trabaja en colaboración con Dawson.

Las hojas que funcionan como esponjas no son el único recurso que permitió a las plantas adaptarse en el transcurso de miles de años a los diferentes ambientes del planeta. En estudios desarrollados simultáneamente durante los últimos años, Oliveira y el biólogo Augusto Cesar Franco, de la Universidad de Brasilia (UnB), identificaron en árboles del Cerrado [sabana], de la Selva Amazónica y del Bosque Atlántico otras estrategias que les permiten lidiar con la escasez o abundancia de agua. “El Cerrado, por ejemplo, es un ecosistema con gran biodiversidad. Existen entre 60 y 70 especies de árboles en pocas hectáreas”, dice Franco. “Cada especie puede haber desarrollado estrategias diferentes para captar agua”.

En los ambientes con escasez de lluvias durante algunos meses del año, la estrategia aparentemente más interesante desarrollada por los árboles es la redistribución hidráulica: las raíces extraen agua de las capas más húmedas del suelo y la depositan en las más secas. Ese fenómeno, descrito por Martín Caldwell y James Richards a fines de los años 1980 en plantas de regiones desérticas, fue observado recientemente por Oliveira y Franco en los árboles de los ecosistemas brasileños.

RAFAEL SILVA OLIVEIRA/UNICAMPDurante la estación seca, algunas especies de árboles del Cerrado y de la Selva Amazónica, absorben agua de las capas más profundas – y también más húmedas- del suelo, depositándola cerca de la superficie. Además de los propios árboles que realizan ese transporte del agua, otras plantas con sus raíces más cortas también se benefician al tener acceso a la humedad que no consiguen alcanzar. “Durante la estación seca, los primeros 50 centímetros del suelo se resecan luego de un mes sin lluvia, mientras que las capas más profundas permanecen relativamente húmedas”, afirma Franco, cuyo trabajo de campo abarca principalmente el Cerrado del Distrito Federal, en áreas tales como la Reserva Ecológica del Instituto Brasileño de Geografía y Estadística (IBGE).

Franco explica que, en el Cerrado, donde son comunes los suelos profundos y poco pedregosos, en los cuales las raíces de las plantas logran penetrar con mayor facilidad, las de ciertos árboles pueden penetrar alrededor de 10 metros en busca del agua que quedó desde la estación lluviosa más reciente. En esa profundidad, la diferencia de humedad entre la raíz y el suelo es tal que el líquido pasa naturalmente a la planta como en el caso de una esponja seca sumergida en un recipiente con agua. En la superficie, la situación se invierte y son las raíces las que pierden agua hacia la tierra.

Funcionando como una bomba de agua natural, ese mecanismo de distribución del agua depende de dos tipos de raíces, que desempeñan tareas complementarias. La raíz principal – en general más densa, y con un diámetro similar al del tronco- puede crecer varios metros en vertical debajo de la tierra en busca del agua depositada en las capas más profundas del suelo. Las raíces superficiales, se extienden como los tentáculos de un pulpo a pocos centímetros de profundidad.

RAFAEL SILVA OLIVEIRA/UNICAMPSol y lluvia
Durante el período más seco la raíz principal de árboles del Cerrado y de la Amazonia penetra en el suelo en busca del agua sobrante de la lluvia más reciente y la transporta hasta las raíces superficiales, que, a su vez, la depositan en las capas menos profundas del suelo. Con la llegada de la estación lluviosa la situación se invierte: las raíces superficiales absorben el agua de las lluvias y la transmiten a la raíz principal, que la almacena varios metros debajo de la superficie. “Las raíces de los árboles son conductos pasivos”, comenta Oliveira. “Ellas ejercen un control en el transporte de agua y nutrientes que varía de acuerdo con las condiciones del ambiente”.

Es relativamente fácil determinar de dónde el agua de la savia de la planta proviene mediante la medición de las proporciones de las dos formas de hidrógeno encontrado en el agua: el deuterio, que presenta un núcleo con partícula de carga positiva (protón) y otra sin carga (neutrón), y el hidrógeno común, el elemento químico más abundante del universo, conformado solamente por un protón. Si la planta absorbe preferentemente el agua del suelo profundo, pobre en deuterio, su savia contendrá tenores más pobres de ese elemento.

También es posible determinar si el flujo de agua sucede del suelo hacia las raíces o desde las raíces hacia el suelo, mediante una técnica que mide la dispersión del calor mediante sensores instalados en las raíces de los árboles. “Llegamos a cavar hasta 50 centímetros alrededor de las raíces laterales o de la raíz principal para instalar un calentador algunos milímetros por debajo de la corteza”, comenta Oliveira. El calentador se coloca entre dos sensores de calor, uno de ellos dispuesto algo más arriba y otro por debajo de las raíces verticales. El modo por el cual pulso de calor se propaga por la raíz (calentando más el sensor superior que el inferior) permite establecer la dirección predominante del flujo de la savia. La repetición de ese procedimiento cada media hora revela un retrato de la redistribución hidráulica a lo largo del año.

Aunque la redistribución hidráulica fue dilucidada hace más de una década, la ventaja adaptativa que ella proporciona a las plantas que poseen ese doble sistema de raíces permanece sin conocerse demasiado. “Aún estamos ensayando hipótesis”, afirma Franco, cuyo trabajo más reciente sobre el tema fue publicado en enero de éste año en la revista Tree Physiology. La principal de ellas es que, aunque el transporte del agua desde las capas más profundas hacia la superficie haga perder a la planta parte de la humedad, ella ayuda para mantener vivas y funcionales las raíces que se encuentran a pocos centímetros debajo del suelo.

RAFAEL SILVA OLIVEIRA/UNICAMPDoble beneficio
La salud de esas raíces es importante, porque ellas son las que realizan la mayor parte del trabajo de absorción de nutrientes, en especial en un suelo relativamente pobre como el del Cerrado – cuanto más hondo, hay menos nutrientes disponibles. “Igualmente, durante la estación seca, esas raíces tendrían acceso al agua y a la actividad de microorganismos del suelo, indispensables para la fijación de nutrientes”, dice el investigador de la UnB. Una posible desventaja reside en que, al humectar el suelo superficial, los árboles pueden favorecer el desarrollo de especies competidoras. “Contamos con evidencias de que algunas plantas sin ese sistema doble de raíces utilizan la humedad transportada hacia la capa superficial mediante la redistribución hidráulica. Pero todavía no puede afirmarse que la supervivencia de ellas dependa de ése agua”, dice Oliveira.

Las estrategias más eficientes de búsqueda del agua se justifican no solamente en el Cerrado, caracterizado por una estación seca que transcurre desde mayo hasta septiembre y en la cual es común que no llueva durante lapsos de tres meses. También son necesarias en la Amazonia. “En la Amazonia, casi la mitad de las selvas se desarrolla bajo un clima con estación seca bien definida”, afirma el biólogo de la Unicamp.

Cinco años atrás, Oliveira analizó en la Selva Nacional de Tapajós, en el estado de Pará, una región que recibe dos mil milímetros de precipitaciones anuales (500 milímetros más que el Cerrado del Distrito Federal), el transporte  del agua en tres especies de árbol representantes de la estructura de la Selva Amazónica: la caferana o cereza café (Coussarea racemosa), que crece bajo la sombra de los árboles más altos; el “breu” (Protium robustum), que alcanza los 20 metros de altura e integra el estrato medio del dosel, donde las copas de los árboles se unen; y la maçaranduba o cerezo (Manikara Huberi), que alcanza más de 40 metros y puede sobrepasar al dosel. Las tres especies realizaban redistribución hídrica como los árboles del Cerrado – desde las zonas profundas hacia la superficie durante la estación seca e inversamente durante la lluviosa-, según el estudio publicado en 2005 en la revista Oecologia.

En la Amazonia, la redistribución hídrica permite que los árboles eliminen agua a través de las hojas – o transpiren, como dicen los botánicos- con un índice tan elevado que hasta influye en el clima de la región. “Durante la estación seca, la redistribución hídrica conduce a un aumento de la transpiración de alrededor del 30%. Eso produce que la temperatura del aire de la Amazonia sea bastante más baja que la esperada para esa época del año”, afirma Oliveira, quien describió esos resultados en 2005, en un artículo de los Proceedings of the Nacional Academy of Sciences.

Franco y Oliveira también están ayudando a derribar el mito de que las plantas no realizan intercambio de gases por las noches. Ellos encontraron evidencias de que, durante la estación seca, los árboles del Cerrado, de la Amazonia y del Bosque Atlántico mantienen abiertos los estómatos principalmente durante la noche. Los estómatos son estructuras microscópicas de las hojas, encargados de la absorción de gas carbónico del ambiente y de la liberación de oxígeno hacia la atmósfera. Resulta una observación inesperada, ya que los estómatos abiertos dejan escapar agua y el gas carbónico absorbido sólo es utilizado para la fotosíntesis en presencia de la luz. “Al estar con los estómatos abiertos pueden comenzar la fotosíntesis con más rapidez cuando el día comienza”, dice Franco.

Como la apertura de los estómatos controla el flujo de agua en la planta, otra posible explicación es que mantenerlos abiertos por la noche favorezca la obtención de nutrientes en regiones donde el suelo es pobre.

Artículos científicos
OLIVEIRA, R. S. et al. Hydraulic redistribution in three Amazonian trees. Oecologia. v. 145, n. 3, p 354-363. Septiembre de 2005.
SCHOLS, F. G. et al. Hydraulic redistribution of soil water by neotropical savanna trees. Tree Physiology. v. 22, p. 603-612. 2002.

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