El papel de la vida en el cambio climático

Es frecuente oír que mucha gente cuestione que los seres vivos, y en particular las personas, seamos responsables de los cambios en el clima. Algunos piensan que el clima cambia solo, por procesos meramente físicos, y que los seres vivos somos espectadores pasivos en esos cambios. Pero la realidad es totalmente diferente: los seres vivos somos los principales responsables de regular el clima.

En entradas anteriores ya he explicado que el cambio climático es real (enlace aquí), y qué efectos tiene sobre los seres vivos (enlace aquí). En esta entrada explicaré el papel crucial que tenemos los seres vivos regulando los cambios en el clima.

Efecto antropogénico

Simulaciones y observaciones de forzamientos de temperatura pp
Comparación entre las simulaciones y las observaciones del aumento de temperatura entre el año 1860 y el 2000. a) Simulación considerando solo el calentamiento provocado por fenómenos naturales. b) Simulación considerando solo el calentamiento provocado por el ser humano. c) Simulación considerando a la vez el calentamiento provocado por fenómenos naturales y por el ser humano.

El cambio climático se considera antropogénico porque las actividades humanas tienen un gran impacto en el clima. A pesar de que muchos consideran que son insignificantes al lado de otros procesos naturales como las emisiones volcánicas, se han realizado simulaciones que nos permiten estimar cómo habría variado la temperatura durante 140 años solo con procesos naturales no humanos, solo con las actividades humanas, y con ambas causas combinadas, como se ve en la gráfica superior. Según estas simulaciones, que al tomar ambas causas coinciden bastante bien con las observaciones de datos reales (lo que da fiabilidad al modelo), resulta que los forzamientos naturales (como los volcanes) a penas explican una parte menor de la variación de temperatura, mientras que los forzamientos humanos se ajustan mejor a las observaciones. Esto apoya la idea de que las actividades humanas son determinantes.

Ahora bien, los humanos no somos los únicos seres vivos que jugamos un papel clave. Si miramos a los ecosistemas podemos encontrar en ellos muchos procesos que también contribuyen al cambio climático, algunos acelerándolo y otros ralentizándolo.

Experimentos de exclusión de fauna

Una forma de estudiar el efecto que tienen algunos animales sobre los ecosistemas es vallar ciertas partes de esos ecosistemas, de manera que los animales que queremos estudiar no puedan entrar en ellas. Así, con el paso del tiempo, podremos descubrir el papel que juegan esos animales por la simple comparación de las diferencias entre las zonas donde están presentes esos animales, y las zonas donde les hemos impedido el acceso con cualquier tipo de barrera. Y esto nos permite ver que muchos animales tienen un papel clave en la determinación del clima local, a escala de sus ecosistemas.

Por ejemplo, un experimento de exclusión de fauna con micromamíferos reveló que, en algunas zonas, la presencia o ausencia de determinadas especies de roedores podría contribuir a determinar el tiempo que tarda la nieve en fundirse en esas zonas. Este es un efecto indirecto, mediante el consumo de semillas y plantas, que modifica la estructura vegetal del ecosistema; el predominio de unas especies vegetales u otras crea unas condiciones ambientales diferentes que provocan que la nieve se derrita antes o después, y el cambio en la duración de la nieve supone una alteración climática. Esto implica que algo tan simple como la presencia de ciertos roedores puede alterar el clima, aunque sea solo el clima local.

Los seres vivos y las interacciones entre ellos afectan al clima a diferentes escalas. Los seres humanos, que poblamos toda la Tierra y tenemos una capacidad de alterar las condiciones físicas de los ecosistemas mayor a la de cualquier otra especie, indudablemente tenemos la capacidad de alterar el clima a escala global.

Vegetación y micorrizas

micorriza
Micorriza

La actividad de los organismos fotosintéticos es crucial en la regulación de los flujos de gases y de los ciclos biogeoquímicos. Junto con esto, es particularmente importante entender las respuestas al cambio climático de los hongos que forman micorrizas, debido a su potencial capacidad para regular la respuesta de las plantas al cambio global, ya que representan una interfaz en el sistema suelo-planta. La otra característica importante de interés es que los hongos formadores de micorrizas son un eslabón en la cadena de transferencias por la que el carbono (C) se mueve desde la planta al suelo. Se puede prever un bucle de retroalimentación positiva, en el que las plantas responden a la elevada concentración de CO2 aumentando la fijación de C, seguida por la transferencia de más C a sus sistemas de raíces; en consecuencia, las micorrizas podrían crecer más, y como la regeneración de las hifas probablemente sea rápida, especialmente en suelos más cálidos, también pueden actuar como una vía rápida para el retorno de C a la atmósfera. Por tanto, este C fúngico podría ser parte de una vía rápida en el ciclo de C que devuelve C a la atmósfera. Por el contrario, algunos compuestos fúngicos podrían ser resistentes al ataque microbiano y entrar en una reserva lenta de C recalcitrante del suelo, desacelerando así el ciclo.

El potencial global de secuestro de carbono orgánico del suelo a través de la gestión sostenible del suelo y de los recursos hídricos es de 0’9±0’3 Pg C/año (Lal, R. 2004. Soil carbon sequestration to mitigate climate change. Geoderma 123 (1-2): 1-22). Esta estimación nos da una idea de la importancia de gestionar los ecosistemas de manera sostenible, para reducir el cambio climático.

Ecosistemas subterráneos

Una cuestión importante en todo esto es que la mayor parte de lo que sucede en los ecosistemas escapa a nuestra percepción inmediata. No solo porque los procesos como tales no sean visibles, sino porque además gran parte de los elementos están ocultos bajo tierra. La mayor parte de la gente, incluidos los que nos dedicamos a estudiarlos, al pensar en los ecosistemas visualizamos lo que más nos llama la atención, la parte aérea de las plantas, los grandes animales… y consideramos menos otros elementos como las raíces, la materia orgánica del suelo, los microartrópodos, los nemátodos y anélidos, etc. Son pequeños, están enterrados por hojarasca o incluso por tierra, y nos parecen casi despreciables. Pues veamos lo que hay en realidad en las entrañas de los ecosistemas:

Tabla 14. Carbono en los diferentes biomas
Superficie y contenido en carbono en suelo y vegetación de diferentes biomas (basado en datos de WBGU, 1998).

La mayor parte del carbono, en muchos ecosistemas, se acumula entre las raíces y la materia orgánica del suelo, además de que en el suelo las reservas de carbono pueden llegar a permanecer milenios, como es el caso de los combustibles fósiles. De hecho, el carbono acumulado en la vegetación es bastante menor al acumulado en el suelo en casi todos los biomas, solo en los bosques tropicales llega a ser casi tanto como en el suelo, y en términos globales hay unas 466 Gigatoneladas de carbono en la vegetación, mientras que en el suelo alcanzan las 2000 Gt C.

Parece ser que aquellos organismos que la mayoría de la gente considera más abundantes e importantes (como los vertebrados de superficie) tienen una masa prácticamente despreciable en comparación con la masa de otros organismos subterráneos, como las lombrices, que pueden llegar a presentar 2 toneladas por hectárea.

Tabla biomasa animales (sin rótulo)
Biomasa de varios grupos de animales en ecosistemas forestales europeos (Ovington, 1962; Jensen, 1974).

Se estima que entre todos los seres vivos del planeta solo hay 700 Gt C, mientras que las estimaciones del carbono contenido en suelos van desde 2000 Gt C hasta 6000 Gt C, por ejemplo. El hecho de que se desconozca tanto sobre el suelo se debe en gran parte a la mayor dificultad que tiene trabajar con este medio. Dado que resulta mucho más fácil trabajar con la parte aérea, hay un gran sesgo en investigaciones de la parte aérea frente a la del suelo, cuando esta última es aún más importante para la mayoría de los procesos ecosistémicos.

Relevancia de descomponedores y detritívoros

No solo los organismos del suelo (mayormente descomponedores y detritívoros) son más abundantes, sino que además su actividad en el procesamiento de la materia orgánica es mucho mayor. Esto se puede explicar con la sencilla ecuación de producción:

P = B x T

Donde P es la producción (de biomasa), B es la biomasa, y T es el tiempo de rotación (el número de veces que en un año se produce la biomasa de la población; equivale a la inversa del promedio de vida).

Esta simple ecuación tiene unas consecuencias de gran alcance para explicar la importancia relativa de los descomponedores y detritívoros en un ecosistema. Como estos son mayoritariamente microorganismos e invertebrados con tiempos de rotación muy altos (especialmente los primeros), su efecto en la transferencia de energía es unos pocos órdenes de magnitud más alto de lo que resulta directamente de su biomasa. De hecho, en los bosques boreales, el componente microbiano por sí solo puede llevar a cabo más del 95% de la descomposición de la hojarasca y la materia orgánica del suelo.

El hecho de que la descomposición sea llevada a cabo por microorganismos no supone que el papel de los animales sea despreciable. Estos juegan un importante papel en muchos ecosistemas, incrementando la palatabilidad a los microorganismos a través de la transformación mecánica de la hojarasca recién caída, mediante la trituración de hojas y acículas, y por lo tanto abriendo nuevas superficies para el ataque microbiano.

Microorganismos

microorganismos

Es ampliamente aceptado que los microorganismos han desempeñado un papel clave en la determinación de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero en gran parte de la historia de la Tierra, pues los procesos microbianos tienen un papel central en los flujos globales de los gases biogénicos clave de efecto invernadero (principalmente CO2, CH4 y N2O). Las respuestas de retroalimentación de los microorganismos al cambio climático en términos de flujo de gas de efecto invernadero pueden amplificar (retroalimentación positiva) o reducir (retroalimentación negativa) la velocidad del cambio climático.

Los microorganismos contribuyen en gran medida al intercambio neto de carbono a través de los procesos de descomposición y respiración heterotrófica, así como indirectamente, a través de su papel como simbiontes de plantas o de agentes patógenos mediante la modificación de la disponibilidad de nutrientes en el suelo; los microorganismos asociados a las plantas son un importante factor que influye en la respuesta de las plantas al cambio climático.

Los actuales niveles de CO2 en la atmósfera dependen en gran medida del equilibrio entre la fotosíntesis y la respiración, pero la respiración de los ecosistemas terrestres podría ser más sensible al calentamiento global que la productividad primaria bruta. Por lo tanto, el aumento de los niveles de CO2 en la atmósfera puede llevar a aumentos sustanciales en la respiración del suelo, y se predice que el calentamiento climático incrementará la transferencia neta de carbono del suelo a la atmósfera, creando así una retroalimentación positiva sobre el cambio climático.

metanógenos
Microorganismos metanógenos

Las emisiones globales de CH4 están controladas por los microorganismos más aún que las emisiones de CO2; las emisiones naturales (~ 250 millones de toneladas de CH4 por año) están dominadas por la metanogénesis microbiana, y sin embargo estas fuentes naturales son superadas por las emisiones de las actividades humanas (~ 320 millones de toneladas de CH4 por año) (Singh et al., 2010. Microorganisms and climate change: terrestrial feedbacks and mitigation options. Nature Reviews Microbiology 8: 779-790). En contraposición a los microorganismos metanógenos, las bacterias metanotróficas sirven como un amortiguador crucial para las enormes cantidades de CH4 producidas.

metanotrofo
Microorganismos metanotróficos

Los llamados metanotrofos de baja afinidad o de tipo I (activos sólo a una concentración de [CH4] > 40ppm) a menudo pueden consumir una gran proporción del CH4 producido en suelos antes de que se escape a la atmósfera. Para el CH4 que ya está en la atmósfera, los llamados metanotrofos de alta afinidad o de tipo II (activos a una concentración de [CH4] < 12ppm) retiran aproximadamente 30 millones de toneladas de CH4 de la atmósfera cada año. Pero el aumento de los niveles de CO2 puede afectar a las emisiones de CH4 indirectamente a través de sus efectos sobre la actividad y la fisiología microbianas, y es posible que los aumentos mediados por las plantas en la humedad del suelo en presencia de un aumento de los niveles de CO2 en el suelo produzcan estados más anóxicos, lo que aumentaría la metanogénesis y reduciría la metanotrofía, ya que la metanotrofía requiere oxígeno, y la metanogénesis no. Es decir, se potenciaría la retroalimentación positiva al cambio climático, mientras se reduce la retroalimentación negativa, lo que puede aumentar exponencialmente la velocidad del cambio climático.

Variables que afectan a las respuestas ecosistémicas
Interrelaciones entre variables biológicas y climáticas, que regulan el clima y la respuesta de los seres vivos al cambio climático.

Cabe señalar que aún no se comprende del todo la respiración del suelo y su sensibilidad al cambio climático, lo que deriva del hecho de que está regulada por una miríada de factores que incluyen complejas interacciones y retroalimentaciones entre el clima, las plantas, los animales, los simbiontes y los microbios heterótrofos del suelo de vida libre.

En conclusión, no se puede entender el cambio climático sin estudiar el fundamental papel que tenemos los seres vivos en la regulación del clima.

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