Las plantas y el cambio climático

Desde hace unos cuantos años hemos oído hablar del cambio climático. Hoy en día ya es una evidencia y también una preocupación. No solo nos afecta a nosotros, a los humanos, sino también a toda la vida. Se ha hablado bastante del calentamiento global, pero quizá no se haya hecho tanta transmisión de lo que sucede con la vegetación. Son muchas cosas las que se ven afectadas por el cambio climático y la vegetación también es una de ellas. Además, los cambios producidos en esta también nos afectan a nosotros. Pero, ¿cuáles son estos cambios?, ¿cómo los puede regular la vegetación? Y, ¿cómo podemos ayudar a mitigarlos a través de esta?

CAMBIOS EN LA VEGETACIÓN

Distribución de los biomas

En general, debido al cambio climático se espera un incremento de las precipitaciones en algunas partes del planeta, mientras que en otras se espera un descenso. También se denota un incremento global de la temperatura. Esto conlleva a un desplazamiento en la localización de los biomas, las grandes unidades de vegetación (por ejemplo: selvas, bosques tropicales, tundras, etc.).

Triangulo de los biomas según altitud, latitud y humedad (Imagen de Peter Halasaz).

Por otro lado, existe una tendencia al aumento de la distribución de especies en los rangos septentrionales (altas latitudes) y un detrimento en regiones meridionales (baja latitud). Esto conlleva graves problemas asociados; el cambio en la distribución de las especies afecta a su conservación y a su diversidad genética. En consecuencia, las poblaciones situadas en los márgenes meridionales, que han estado consideradas muy importantes para la conservación a largo plazo de la diversidad genética y por su potencial evolutivo, se ven en peligro por esta perdida. Y, en cambio, los rangos septentrionales se verían afectados por la llegada de otras especies competidoras que podrían desplazar a las ya presentes, siendo pues invasoras.

Distribución de las especies

Dentro del escenario del cambio climático, las especies tienen una cierta capacidad para reajustar su distribución y para adaptarse a este.

Pero, ¿qué tipo de especies podrían estar respondiendo más rápidamente a este cambio? Se deduce que aquellas con un ciclo de vida más rápido y una capacidad de dispersión mayor serán las que muestren mayor adaptación y respondan mejor. Esto podría conllevar a una pérdida de las plantas con ritmos más lentos.

La cardota (Galactites tomentosa) una planta de ciclo rápido y con gran dispersión (Imagen de Ghislain118).

Un factor que facilita el reajuste en la distribución es la presencia de corredores naturales: estos son partes del territorio geográfico que permiten la conectividad y desplazamiento de especies de un lado a otro. Son importantes para evitar que estas queden aisladas y puedan desplazarse hacia nuevas regiones.

Otro factor es el gradiente altitudinal, el cual proporciona muchos refugios para las especies, facilita la presencia de corredores y permite la redistribución de las especies en altitud. Por lo tanto, en aquellos territorios dónde haya mayor rango altitudinal se verá favorecida la conservación.

En resumen, la capacidad de las especies para hacer frente al cambio climático depende de las características propias de la especie y de las del territorio. Y, por el contrario, la vulnerabilidad de las especies al cambio climático se produce cuando la velocidad que estas presentan para poder desplazar su distribución o adaptarse es menor a la velocidad del cambio climático.

A nivel interno

El cambio climático también afecta a la planta como organismo, ya que le produce cambios en su metabolismo y en su fenología (ritmos periódicos o estacionales de la planta).

Uno de los efectos que empujan a este cambio climático es el incremento de la concentración de dióxido de carbono (CO₂) en la atmosfera. Esto podría producir un fenómeno de fertilización de la vegetación. Con el aumento de CO₂ en la atmosfera se incrementa también la captación de este por las plantas, aumentando así la fotosíntesis y permitiendo una mayor asimilación. Esto, pero, no son todo ventajas, porque para ello se produce una pérdida de agua importante, debido a que los estomas (estructuras que permiten el intercambio de gases y la transpiración) permanecen largo tiempo abiertos para incorporar este CO₂. Por lo tanto, hay efectos contrapuestos y la fertilización dependerá de la planta en sí, como también del clima de ese lugar. Muchos estudios han demostrado que diversas plantas reaccionan diferente a este incremento del CO₂, ya que el compuesto afecta a varios procesos fisiológicos y por lo tanto las respuestas no son únicas. Por lo tanto, nos encontramos con un factor que altera el metabolismo de las plantas y que no se puede predecir cómo serán sus efectos sobre ellas. Además, este efecto fertilizante está limitado por la cantidad de nutrientes presentes y sin ellos la producción se frena.

Proceso de fotosíntesis (Imagen de At09kg).

Por otro lado, no debemos olvidar que el cambio climático también altera el régimen estacional (las estaciones del año) y que esto afecta al ritmo de la vegetación, a su fenología. Esto puede tener repercusiones incluso a escala global; por ejemplo, podría producir un desajuste en la producción de plantas cultivadas para la alimentación.

PLANTAS COMO REGULADORAS DEL CLIMA

Aunque no se puede hablar de las plantas como reguladoras del clima global, está claro que hay una relación entre el clima y la vegetación. Sin embargo, esta relación es un tanto complicada porque la vegetación tiene tanto efectos de enfriamiento como de calentamiento del clima.

La vegetación disminuye el albedo; los colores oscuros absorben más la radiación solar y por lo tanto se refleja menos luz solar hacía el exterior. Además, al ser organismos de superficie rugosa se aumenta la absorción. En consecuencia, cuanta más vegetación, la temperatura local (calor transferido) aumenta más.

Pero, por otro lado, al aumentar la vegetación hay más evapotranspiración (conjunto de la evaporación de agua de una superficie y la transpiración a través de la plantas). De manera que el calor se gasta en pasar el agua líquida a gaseosa, lo que conlleva a un enfriamiento. Además, la evapotranspiración también ayuda aumentar las precipitaciones locales.

Efectos biofísicos de diferentes usos del suelo y su acción sobre el clima local. (Imagen de Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Por lo tanto es un efecto ambiguo y en determinados ambientes pesa más el efecto de enfriamiento, mientras que en otros tiene más relevancia el de calentamiento.

MITIGACIÓN

Hoy en día hay varias propuestas para reducir el cambio climático, pero ¿cómo pueden ayudar las plantas?

Las comunidades vegetales pueden actuar como sumideros, reservas de carbono, ya que a través de la asimilación de CO₂ ayudan a compensar las emisiones. Un manejo adecuado de los ecosistemas agrarios y los bosques puede ayudar a la captación y almacenamiento del carbono. Por otro lado, si se lograra reducir la deforestación y aumentar la protección de hábitats naturales y bosques, se reducirían las emisiones y se estimularía este efecto sumidero. Aun así, existe el riesgo de que estos sumideros puedan convertirse en fuentes de emisión; por ejemplo, debido a incendios.

Finalmente, presentar los biocombustibles: estos, a diferencia de los combustibles fósiles (como el petróleo), son recursos renovables, ya que se trata de cultivos de plantas destinados al uso como combustibles. Aunque no logran retirar CO₂ de la atmosfera ni reducen emisiones de carbono, evitan el incremento de este en la atmosfera. Por este motivo no llegaría a ser una medida del todo mitigadora, pero mantienen el balance de emisión y captación neutro. El problema es que pueden generar efectos colaterales a nivel social y ambiental, como el incremento de precios de otros cultivos o la deforestación para instaurar estos cultivos, cosa que no debería suceder.

Cultivo de caña de azucar (Saccharum officinarum) en Brasil para producir biocombustible (Imagen de Mariordo).

REFERENCIAS

• Apuntes de Ciencias de la Biosfera, Análisis de la Vegetación y Fisiología Vegetal, Grado de Biología Ambiental, UAB.
• Hample & R. J. Petit. 2005. Conserving biodiversity under climate change: the rear edge matters. Ecology letters 8 (5): 461-467.
• Botanic Gardens Conservation International. 2015. How does climate change affect plants?. https://www.bgci.org/climate/climate_change_effects/
• Earth Observatory. 2015. How plants can change our climate. http://earthobservatory.nasa.gov/Features/LAI/LAI2.php

 

Mercurio en delfines listados (Stenella coeruleoalba) del Mediterráneo (II): efectos y detoxificación

Aquí tenéis la segunda parte y última en la que trato el tema del mercurio en delfines listados del Mediterráneo. Si en la primera parte hablé sobre el origen y los niveles de mercurio, en esta ocasión nos centramos en los efectos y su detoxificación. Espero que sea de vuestro interés!

 

ORIGEN Y NIVELES DE MERCURIO EN DELFINES LISTADOS DEL MEDITERRÁNEO (RESUMEN)

El mercurio del Mediterráneo tiene un origen principalmente natural, debido a la presencia de depósitos de cinabrio (HgS) a lo largo de la cuenca mediterránea, especialmente en Italia. Es por este motivo que los delfines del Mediterráneo tienen uno de los niveles más elevados del mundo, teniendo la máxima concentración en el hígado, seguido del pulmón, el riñón y los músculos.

 

EFECTOS DEL MERCURIO EN LOS DELFINES

El mercurio presenta múltiples formas intercambiables en la biosfera, pero la bioamulación a lo largo de la red trófica se produce gracias al metilmercurio (MeHg), una forma orgánica con una alta afinidad por los lípidos (grasas). Las formas inorgánicas son menos tóxicas que las orgánicas. Así pues, la concentración de metilmercurio, más que la concentración total de mercurio, es el mejor indicador de los posibles efectos tóxicos. De todas formas, el metilmercurio representa menos del 10% del mercurio total del hígado en adultos (Cardellicchio et al. 2000, Krishna et al. 2003), aunque en los individuos lactantes representa aproximadamente un 50% (Cardellicchio et al. 2002b) y en jóvenes es entre el 13-35% (Cardellicchio et al. 2002b).Aunque no se puede relacionar directamente la muerte de los delfines encontrados en las costas mediterráneas con el mercurio, es razonable pensar que éste, en sinergia con otros contaminantes, podría causar trastornos en la fisiología de los animales (Cardellicchio et al. 2002a). A grandes rasgos, el mercurio causa desórdenes serios en tejidos como el hígado, el riñón y el cerebro (Augier et al. 1993)Los daños primarios causados por el mercurio se producen en el sistema nervioso central, incluyendo déficit motor y sensitivo y deficiencia de comportamiento. Se ha observado que el límite de tolerancia de mercurio en el hígado de mamíferos es de 100 – 400 μg/g en peso húmedo (Frodello et al. 2000, Cardellicchio et al 2000, Cardellicchio et al. 2002b). En delfines mulares (Tursiops truncatus) del Atlántico se han asociado anormalidades del hígado con la acumulación crónica de mercurio (Krishna et al. 2003). En concreto, se ha observado la acumulación de lipofucsina (pigmento marrón) en las áreas portales del hígado, derivado del daño en células causado por la inhibición que causa el metal en las enzimas digestivas lisosomáticas, lo que habría reducido la degradación de proteínas y, así, causando la acumulación del pigmento y la muerte de las células. Si eso fuera cierto también para los delfines listados, las poblaciones mediterráneas de esta especie están en grave riesgo.
También se observan anorexia, letargo, trastornos reproductores y alteraciones y muerte de fetos. A la vez, el mercurio produce una disminución de las defensas, facilitando la aparición de enfermedades infecciosas y neumónia.

 

DETOXIFICACIÓN DEL MERCURIO

A pesar de los elevados valores hallados en delfín listado, los animales no presentan signos evidentes de intoxicación por mercurio. Como los delfines tienen muy poca capacidad para eliminar el mercurio, se han desarrollado diferentes mecanismos de detoxificación de este metal, de manera que se generan formas menos tóxicas que las originales (André et al. 1990, Leonzio et al. 1992, Augier et al. 1993, Monaci et al. 1998, Cardellicchio et al. 2000, Cardellicchio et al. 2002b, Krishna et al. 2003, Roditi-Elasar et al. 2003, Pompe-Gotal et al. 2009).

La detoxificación de mercurio la realizan principalmente el hígado (detoxificación y almacenaje) y el riñón (eliminación), a pesar de que el pulmón podría tener algún papel también en la detoxificación (Augier et al. 1993).

La vida media de eliminación del metilmercurio en delfines listados es de 1000 días (Itano i Kawai 1981). Se han identificado dos mecanismos de detoxificación de metilmercurio principales: la asociación a selenio y a metalotioneínas (Augier et al. 1993).

 

Asociación a selenio

Se ha identificado el efecto antagónico que tienen el mercurio y el selenio a lo largo de todo el reino animal, incluyendo los delfines (Leonzio et al. 1992, Monaci et al. 1998, Frodello et al. 2000, Cardellicchio et al. 2000, Cardellicchio et al. 2002b, Krishna et al. 2003, Roditi-Elasar et al. 2003, Pompe-Gotal et al. 2009).Se han observado gránulos esféricos y poligonales de selenuro de mercurio (también llamado tiemannita) a nivel intracelular, situados sobretodo en los macrófagos del hígado, las células de Kupfer y en los túbulos proximales del riñón, pero también en el sistema respiratorio, los pulmones y los nodos limfáticos hilares en delfines listados (Cardellicchio et al. 2002b, Krishna et al. 2003). El mercurio ingerido con el alimento se transporta hasta el hígado a través de las venas portales donde se convierte en selenuro de mercurio y se acumula (Krishna et al. 2003), lo que explica los elevados niveles de mercurio total del hígado de los delfines listados del Mediterráneo.

Palmisano et al. (1995) han propuesto dos fases en el mecanismo de desmetilación y acumulación: a niveles bajos de mercurio, el metal se retiene sobretodo en la forma metilada, mientras que a niveles altos (probablemente por encima del lindar de 100 μg/g en peso fresco de mercurio total) se produce la desmetilación. De hecho, la relación molar Hg:Se en el hígado de delfines listados es aproximadamente 1 una vez superado este nivel lindar (Krishna et al. 2003), mientras que toma valores inferiores a 1 en el resto de tejidos como el músculo (Leonzio et al. 1992).

Parece ser que la acción protectora del selenio contra el mercurio disminuye en la parte final de la vida de les delfines (Leonzio et al. 1992).

 

Asociación a metalotioneínas

La detoxificación del mercurio en delfines también se realiza por la compexación a metalotioneínas (MT), proteínas ricas en cisteína capaces de unirse a metales pesados a través de grupos tiol de sus residuos de cisteína (André et al. 1990, Caurant et al. 1996; Cardellicchio et al. 2002b). Aunque no es el mecanismo principal, se observa un máximo de un 10% del mercurio intracelular de los hepatócitos asociado a estas proteínas en ratas (Gerson i Shaikh 1982).

 

CONCLUSIONES

• La concentración de mercurio varía substancialmente según el tejido y órgano que se consideren, pero sigue el siguiente patrón general: hígado >> pulmón, riñón > músculo. En la piel, melón, blubber y cerebro, toma valores insignificantes.
• Los niveles del Mediterráneo son más altos que en el Atlántico y Pacífico y toma los valores máximos en la costa francesa, el mar de Liguia y el mar Tirreno.
• La concentración de mercurio está relacionada con la edad y la longitud, pero no con el sexo.
• A pesar de que los niveles de mercurio en los delfines listados del Mediterráneo son muy elevados no presentan efectos tóxicos gracias a la detoxificación del metal con selenio y metalotioneínas.

 

REFERENCIAS

• Andre J, Boudou A, Ribeyre F i Bernhard M (1990). Comparative study of mercury accumulation in dolphins (Stenella coeruleoalba) from French Atlantic and Mediterranean coasts. The Science of the Total Environment 104:191-209
• Augier H, Park WK i Ronneau C (1993). Mercury Contamination of the Striped Dolphin Stenella coeruleoalba Meyen from the French Mediterranean Coast. Marine Pollution Bulletin 26:306-311
• Cardellicchio N, Decataldo A, Di Leo A i Giandomenico S (2002a). Trace elements in organs and tissues of striped dolphins (Stenella coeruleoalba) from the Mediterranean sea (Southern Italy). Chemosphere 49:85-90
• Cardellicchio N, Decataldo A, Di Leo A i Misino A (2002b). Accumulation and tissue distribution of mercury and selenium in striped dolphins (Stenella coeruleoalba) from the Mediterranean Sea (southern Italy). Environmental Pollution 116:265-271
• Cardellicchio N, Giandomenico S, Ragone P i Di Leo A (2000).Tissue distribution of metals in striped dolphin (Stenella coeruleoalba) from the Apulian coast, Southern Italy. Marine Environmental Research 49:55-66
• Frodello JP, Roméo M i Viale D (2000). Distribution of mercury in the organs and tissues of five toothed whale species of the Mediterranean. Environmental Pollution 108:447-452
• Gerson JR i Shaikh ZA (1982). Uptake and binding of cadmium and mercury to metallothionein in rat hepatocyto primary cultures. Biochemistry Journal 208:465-472
• Itano K i Kawai S (1981). Changes of mercury contents and biological half-life of mercury in the striped dolphin. In: Fujiyama H (Ed.) Studies on the Levels of Oganochlorine Compounds and Heavy Metals in Marine Organisms. University of Ryukyus, 49-73
• Krishna D, Virginie D, Stéphane P i Jean-Marie B (2003). Heavy metals in marine mammals. In: Vos JV, Bossart GD, Fournier M i O’Shea T (Eds.) Toxicology of Marine Mammals. Taylor and Francis Publishers, Washington DC, 135-167
• Leonzio C, Focardi S i Fossi C (1992). Heavy metals and selenium in stranded dolphins of the Northern Tyrrhenian (NW Mediterranean). The Science of the Total Environment 119:77-84
• Monaci F, Borrl A, Leonzio C, Marsili L i Calzada N (1998). Trace elements in striped dolphin (Stenella coeruleoalba) from the western Mediterranean. Envirnmental Pollution 99:61-68
• Palmisano F, Cardellicchio N i Zambonin PG (1995). Speciation of mercury in dolphin liver: a two-stage mechanism for the demethylation accumulation process and role of selenium. Marine Environment Research 40(2):109-121
• Pompe-Gotal J, Srebocan E, Gomercic H i Prevendar Crnic A (2009). Mercury concentrations in the tissues of bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) and striped dolphins (Stenella coeruleoalba) stranded on the Croatian Adriatic coas. Veterinarni Medicina, 54(12):598-604
• Roditi-Elasar M, Kerem D, Hornung H, Kress N, Shoham-Frider E, Goffman O i Spanier E (2003). Heavy metal levels in bottlenose and striped dolphins off the Mediterranean coast of Israel. Marine Pollution Bulletin 46: 504-512

 

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