Reportajes

Cambio climático

IX. Aprender a vivir con la desertificación

Juan Carlos Tellechea
lunes, 3 de enero de 2022
Atacama © 2021 by Melissa Aguilar Atacama © 2021 by Melissa Aguilar
0,0019793

Durante los últimos diez años un grupo de especialistas de la Universidad Católica de Chile, encabezados por el Dr. Rodrigo A. Gutiérrez, se ha dedicado a estudiar las propiedades genéticas de las plantas del desierto de Atacama para contribuir a mejorar el desarrollo de cultivos tradicionales como el tomate, el trigo o el arroz y enfrentar el cambio climático, a la luz de las menores precipitaciones pluviales y mayores temperaturas aguardadas en diversas regiones del mundo.

El desierto de Atacama es uno de los lugares más áridos del planeta, con altos niveles de radiación solar, importantes oscilaciones diarias de temperaturas, suelos pobres en nutrientes y escasas lluvias, condiciones que lo han transformados en un verdadero laboratorio natural, ya que las plantas endémicas del desierto han sobrevivido y colonizado este tambien por millones de años.

Gabriela Carrasco-Puga, identifica, etiqueta, recoge y congela muestras de plantas en el desierto de Atacama. © 2021 by Melissa Aguilar.Gabriela Carrasco-Puga, identifica, etiqueta, recoge y congela muestras de plantas en el desierto de Atacama. © 2021 by Melissa Aguilar.

Pese a todas las características mencionadas del desierto de Atacama, existe una diversidad de vida microbiana, vegetal y animal, que no deja de sorprender, afirma el Dr. Rodrigo A. Gutiérrez, profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas de la citada universidad,  director alterno del Instituto Milenio de Biología Integrativa (iBio) y también investigador del Centro FONDAP de Regulación del Genoma, quien explica que

En esta investigación se realizó un análisis filogenético de 32 especies de plantas, representativas de las especies más dominantes del desierto; estas plantas abarcan un 83% de la cobertura dominante del desierto. En este laboratorio natural caracterizamos el clima, el suelo, la diversidad de plantas y microorganismos asociados a éstas en 22 sitios, cada 100 metros de altitud, en un transecto que va desde el desierto absoluto cercano a Talabre y hasta el límite con la Laguna Lejía, durante un período de 10 años.

En esta última década fueron cuantificadas allí las precipitaciones pluviales, la cantidad de nutrientes en el suelo, la oscilación de temperatura y el pH; características que ayudarían a prospectar la adaptación de las plantas en los futuros escenarios de sequía para los próximos 100 años.

Papa del desierto. © 2021 by Melissa Aguilar.Papa del desierto. © 2021 by Melissa Aguilar.

Entre las plantas estudiadas figura la denominada papa del desierto (Hoffmannseggia doelli), de gran valor nutricional, rica en potasio, fibra, hierro y magnesio y con la cual es posible establecer un nuevo cultivo capaz de crecer en suelos marginales, acota el Dr. Gutiérrez quien explica que

Hoffmannseggia doelli es un género de planta fanerógama perteneciente a la familia Fabaceae del orden Fagales. Dentro de esta gran familia encontramos a la papa del desierto: una planta que crece en condiciones extremas, a pleno sol en el desierto, bajo fuerte exposición a la radiación y a gran altura.

En el desierto de Atacama las lluvias son muy escasas y alcanzan solo entre 100 a 300 mm anuales; además, existe una alta fluctuación de temperatura, con 40°C en el día y de -8°C durante la noche. Lo singular de esta planta, es que pese a esas condiciones climáticas logra generar un pequeño tubérculo, y según los investigadores, en la antigüedad fueron alimento de pueblos originarios.

Los resultados a los que se puede acceder en internet fueron publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). El estudio analiza los antecedentes sobre las especies nativas estudiadas y cómo estas plantas han modificado su respuesta al estrés, mejorando su metabolismo, la producción de energía, e incluso han establecido relaciones con bacterias benéficas en sus raíces para aumentar la captación de nutrientes, todo esto para adaptarse mejor al ambiente. 

La mayoría de las especies de plantas que caracterizamos en este estudio no se han estudiado antes. Como algunas plantas de Atacama están estrechamente relacionadas con cultivos básicos, estos genes candidatos representan una mina de oro genética para futuras estrategias que permitan aumentar la resiliencia de los cultivos para enfrentar el cambio climático. (Dr. Rodrigo Gutiérrez)

Genética y evolución

En este estudio participó también la Dra. Gloria Coruzzi, de la Universidad de Nueva York, quien dirigió el análisis de 1.686.950 secuencias de proteínas en 70 taxones incluido el análisis en una supermatriz de 8.599.764 aminoácidos. El análisis filogenético fue un esfuerzo en conjunto de investigadores de la Universidad de Nueva York, la Pontificia universidad católica de Chile y el Museo Americano de Historia Natural.

Estos análisis nos permiten identificar los factores genéticos compartidos con otras plantas, así como los específicos de las plantas nativas del desierto de Atacama. Entender estas adaptaciones que las plantas han desarrollado frente al entorno hostil del desierto de Atacama, posee una potencial relevancia para la ingeniería y manejo de cultivos que puedan prosperar en entornos marginales. (Dra. Coruzzi)

Este trabajo interdisciplinario, dirigido por el Dr. Rodrigo A. Gutiérrez, de la Pontificia Universidad Católica de Chile, y la Dra. Gloria Coruzzi de la Universidad de Nueva York, fue posible gracias a la experiencia combinada del ecólogo del desierto de Atacama y también académico de la Facultad de Ciencias Biológicas, Dr. Claudio Latorre, el microbiólogo Dr. Mauricio González (de la Universidad de Chile), y de los científicos Dr. Gil Eshel (de la Universidad de Nueva York), Dra. Viviana Araus (Universidad de Chile), Dr. Robert DeSalle (Museo Americano de Historia Natural) y el Dr. Dennis Stevenson (emérito del Jardín Botánico de Nueva York).

Durante muchos años, Chile fue un verdadero paraíso para el cultivo de la papa desplazando a la papa del desierto de la agricultura industrializada por ser poco rentable. Hoy, el cambio climático, la escasez de agua y la competencia industrial, ha dificultado a la agricultura, que ha dejado de ser sostenible a largo plazo. Un claro ejemplo de ello, es el avance de la desertificación hacia el centro del país y la necesidad de generar nuevos cultivos que resistan esas condiciones. ¿Puede entonces la papa del desierto retomar protagonismo?, se preguntan los científicos.

Recuperar el alimento de los pueblos originarios

Equipo del Instituto Milenio de Biología Integrativa. © 2021 by Melissa Aguilar.Equipo del Instituto Milenio de Biología Integrativa. © 2021 by Melissa Aguilar.

Conscientes de estas necesidades, el equipo del Instituto Milenio de Biología Integrativa (iBio), trabaja en un método de cultivo y en estrategias de comercialización del tubérculo. Este ambicioso proyecto de cuatro años, apunta a establecer la papa del desierto como un nuevo cultivo capaz de crecer en suelos marginales.

Dentro de los potenciales que destacan los encargados del proyecto, está la oportunidad de incluir a los agricultores en la optimización del protocolo, al realizar las pruebas de campo en directa colaboración con estos productores agrícolas de la zona norte del país. Se contempla también el diseño de una estrategia de comercialización de productos de papa del desierto en el mercado nacional para apoyar a los agricultores.

Plantas que viven al límite de la aridez en el desierto de Atacama

Tilandsias o claveles del aire. © 2021 by Josefina Hepp.Tilandsias o claveles del aire. © 2021 by Josefina Hepp.

Conocidas como claveles del aire, las tillandsias son especies únicas, capaces de captar el agua no del suelo, sino de la niebla. Esta particularidad las ha convertido en excelentes “bio-indicadores” del cambio climático y permiten aprender más sobre este recurso hídrico que constituye el agua de niebla en el desierto de Atacama. Investigadores del Centro Desierto de Atacama de la Universidad Católica de Chile y de la Universidad de Heidelberg, Alemania, han realizado importantes hallazgos, que han sido publicados en un número especial dedicado a este tema por la revista Plant Systematics and Evolution.

Existen plantas que no tienen raíces. A diferencia del resto de las especies vegetales, en vez de absorber el agua desde el suelo, son capaces de capturarla desde la niebla o camanchaca (niebla espesa y baja), la única fuente de agua fresca permanente en el desierto costero de Atacama. Esto, lo hacen gracias a pequeños filamentos (tricomas) que poseen en las hojas.

Niebla en Atacama. © 2021 by Josefina Hepp.Niebla en Atacama. © 2021 by Josefina Hepp.

Las llaman claveles del aire y pertenecen a la misma familia que las piñas y los chaguales (Bromeliaceae). En Chile, se estudia una de estas especies como indicador de la presencia de niebla. Se trata de la Tillandsia landbeckii, que cubre algunas áreas acotadas y dispersas en la Cordillera de la Costa del desierto en la región de Tarapacá y forma comunidades llamadas tillandsiales o calanchucales.

¿Qué se ha aprendido de ella en los últimos años? ¿Qué condiciones se proyectan considerando su dependencia de la niebla como fuente de agua? Estas son las interrogantes que precisamente intentan responder investigadores del Centro Desierto de Atacama (CDA) de la Universidad Católica y de la Universidad de Heidelberg, Alemania. Según el profesor Dr. Juan Luis García, director del CDA y académico del Instituto de Geografía,

La cooperación chileno-alemana nos ha permitido entender especificidades del clima de niebla y sus ecosistemas asociados en esta zona de hiperaridez. El uso de tecnología e instalación de siete nuevas estaciones meteorológicas cubriendo el área de influencia de la niebla, proveen de datos inéditos que revelan las características locales de la atmósfera donde habitan las tillandsias.

Estas investigaciones son particularmente relevantes, ya que los oasis de niebla y los tillandsiales donde prolifera la biodiversidad -en respuesta a la frecuencia de la camanchaca-, se consideran en retroceso y por tanto resulta clave monitorear los cambios en el desierto. Varios de los avances de este trabajo fueron publicados por la revista Plant Systematics and Evolution, en la colección “Living at its dry limits - Tillandsiales in the Atacama Desert” (2021).

El uso de tecnología e instalación de siete nuevas estaciones meteorológicas cubriendo el área de influencia de la niebla, proveen de datos inéditos que revelan las características locales de la atmósfera donde habitan las tillandsias. (Juan Luis García)

El rol de las bacterias

La función de las comunidades microbianas del suelo es el tema que aborda la investigación Estructura de la comunidad bacteriana del suelo de las dunas de Tillandsia landbeckii dependientes de la niebla en el desierto de Atacama (Alfaro, F.D., Manzano, M., Almiray, C. et al., 2021)

En los sistemas naturales, las plantas modifican las propiedades de los suelos mediante el exudado de compuestos ricos en carbono, y a su vez, los suelos influyen en el crecimiento de las plantas mediante la actividad microbiana, que permite entre otras cosas la fijación y adquisición de nutrientes esenciales como el nitrógeno y el fósforo. Este tipo de interacción simétrica, denominada plant-soil feedback, está presente en la mayoría de los ecosistemas del planeta.

Un ejemplo asimétrico de este tipo de interacción se manifiesta en el desierto de Atacama, donde un grupo de plantas del género Tillandsia persiste bajo condiciones de hiper-aridez gracias a la adquisición de agua y recursos desde la neblina que proviene del Océano Pacifico.

Al no tener raíces funcionales, no tienen una interacción directa con los suelos. Sin embargo, los investigadores encontraron que la materia orgánica y la hojarasca que producen, permite el desarrollo de comunidades diversas de microorganismos en la base de estas plantas; situación que contrasta con los suelos desnudos o libres de vegetación a su alrededor, donde la diversidad y actividad microbiana es casi nula. Como señala el investigador Fernando Alfaro, colaborador del CDA y profesor de la Universidad Mayor,

Estos resultados refuerzan la idea de que los sistemas extremos, como los del norte de Chile, representan experimentos naturales, en donde los organismos y las comunidades biológicas -en este caso las plantas y las comunidades microbianas del suelo- desarrollan estrategias que les han permitido sortear algunas de las condiciones más estresantes del planeta, tales como la extrema aridez y la elevada incidencia de radiación ultravioleta. Estos hallazgos, y los de los otros trabajos presentados en este número especial de la revista Plant Systematics and Evolution, brindan importante evidencia sobre el rol crítico de la neblina y sus dinámicas sobre la persistencia de estas comunidades en uno de los sitios más áridos del planeta.

Siguiendo la niebla

Camilo del Río ante un instrumento de medición de la niebla. © 2021 by Josefina Hepp.Camilo del Río ante un instrumento de medición de la niebla. © 2021 by Josefina Hepp.

Entender los cambios en la niebla es crucial para desarrollar estrategias de conservación de ecosistemas y para su aprovechamiento como recurso hídrico, explica el académico Camilo del Río, profesor del Instituto de Geografía de la Universidad Católica de Chile.

Los ciclos diarios y estacionales de la niebla han sido objeto de distintas investigaciones y hoy en día tenemos un buen conocimiento de sus dinámicas temporales. Pero cuando ese dinamismo lo llevamos al territorio, aún no conocemos sus reales alcances y variaciones en el tiempo.

Ese es el tema del estudio Distribución espacial y variabilidad interanual de la niebla costera y la cobertura de nubes bajas en el hiperárido desierto de Atacama e implicaciones para los ecosistemas pasados y presentes de Tillandsia landbeckii (Del Río, C., Lobos-Roco, F., Latorre, C. et al., 2021)

En ese artículo se aborda la niebla desde una perspectiva espacio-temporal y se analiza no solo su distribución, sino también su tendencia y variabilidad interanual en las últimas décadas. Las variaciones espaciales de la niebla son muy importantes de entender, ya que la niebla es el sustento de agua y nutrientes para ecosistemas únicos, tales como los tillandsiales.

Se observa que entre los años existe una importante relación entre la presencia de niebla y su distribución con las fases frías y cálidas del fenómeno de El Niño. Destaca un aumento de niebla durante invierno-primavera en la fase fría (La Niña), y un aumento en verano durante la fase cálida (El Niño).

Otro resultado importante, es que durante el periodo de mayor presencia de niebla en la zona (septiembre), si bien en general hay una tendencia leve pero positiva en su formación, se observa que en altitudes sobre los 1.000 metros la tendencia es levemente negativa. Esto último puede ser crucial para la supervivencia de la Tillandsia landbeckii, ya que es justamente sobre esa altitud en donde se encuentran localizados la mayoría de los tillandsiales, especie que ha demostrado históricamente ser sensible a los cambios en la niebla.

Una de nuestras grandes preguntas en los últimos años se relaciona con el qué esperar de la presencia de niebla bajo condiciones de cambio climático. Aquí damos un nuevo paso en cuanto a entender qué pasa con la presencia y distribución de la niebla cuando los factores océano-atmosféricos que la determinan varían. Entender estos cambios en la niebla es crucial tanto para desarrollar estrategias de conservación de ecosistemas, como para su aprovechamiento como recurso hídrico, temas que son parte de nuestros desafíos presentes y futuros. (Camilo del Río)

Conocer la niebla

Una de las principales conclusiones de la investigación liderada por el director del CDA Juan Luis García, es que la presencia de niebla y el rendimiento de agua de niebla, tienden a estar relacionados negativamente con la distancia a la costa y con la elevación sobre el nivel del mar. A pesar de la extensa área cubierta por el desierto costero de niebla en Atacama (entre 18-32°S), existe una falta de comprensión de sus características más notorias, incluyendo el potencial hídrico de la niebla, la frecuencia en su presencia, los gradientes espaciales o su efecto en los ecosistemas, como los campos de Tillandsia.

Aprender más sobre este fenómeno es el objetivo del texto El clima y la dinámica de las nubes bajas costeras en el hiperárido desierto de Atacama y la distribución geográfica de los ecosistemas dunares de Tillandsia landbeckii (García, JL., Lobos-Roco, F., Schween, J.H. et al., 2021)

La investigación analiza nuevos datos meteorológicos para la temporada de más niebla (julio-agosto-septiembre, JAS) en 2018 y 2019. Las estaciones meteorológicas del consorcio Universidad Católica de Chile - Universidad de Heidelberg estudiadas, incluyen sitios de la Cordillera de la Costa en el Atacama hiperárido: Cerro Oyarbide y la Estación Atacama UC en Alto Patache, en la región de Tarapacá.

Una de las principales conclusiones es que la presencia de niebla y el rendimiento de agua de niebla, tienden a estar relacionados negativamente con la distancia a la costa y con la elevación sobre el nivel del mar. El clima de niebla costero de Tarapacá se caracteriza por su alto dinamismo con intercambio de masas de aire del interior y del océano. Un importante hallazgo es el de que la niebla “visita” los tillandsiales solo un 6% de la estación más húmeda (JAS). Es decir, son plantas adaptadas a las condiciones más extremas de aridez y alta fluctuación de humedad atmosférica. Por otra parte, se ha proyectado que las tendencias climáticas futuras pueden dejar a la Tillandsia aún menos expuesta a la niebla, lo que provocaría un rápido declive de la vegetación. Queda pendiente entender el papel del rocío en estos ambientes como concluye el profesor Dr. Juan Luis García,

La disponibilidad de datos meteorológicos en la Cordillera de la Costa de Tarapacá es una oportunidad para monitorear cambios de la atmósfera y la niebla a diferentes escalas de tiempo, y también hacia el futuro, así como sus efectos en la biodiversidad. Es una invitación a la comunidad interesada a usar los datos y colaborar en nuestros estudios.
Comentarios
Para escribir un comentario debes identificarte o registrarte.