El origen de la sabana se encuentra en la debilidad de los árboles del bosque tropical

Un estudio internacional con participación de la UIB desvela los mecanismos que permitieron la aparición de estos ecosistemas gracias a la vulnerabilidad de los árboles a las condiciones de sequía y de menor concentración de C02 que se dieron hace 20 millones de años 

Las sabanas son importantes ecosistemas que cubren amplias zonas del planeta, en África, América y Australia. Se encuentran en áreas que por sus condiciones climáticas podrían llegar a admitir bosques tropicales, y en ellas conviven grandes extensiones de hierbas altas con árboles. Se sabe que estos ecosistemas dependen de un equilibrio en el que juegan un papel importante los grandes herbívoros que los habitan y los incendios que regularmente los afectan. Así, cuando el fuego y los herbívoros se mantienen alejados, las sabanas se llegan a convertir en bosques. Pero, si los árboles se queman, no crecen, y los bosques lentamente se convierten en sabanas y praderas. Este paradigma explica la dinámica de las sabanas hoy en día, pero se queda corto para describir su origen, hace unos 20 millones de años.

Un estudio publicado recientemente en la revista Nature Plants por investigadores de la Universidad de las Illes Balears, de la Universidad Nacional de Australia y de la Universidad de Sheffield aporta, por primera vez, pruebas experimentales directas sobre los mecanismos fisiológicos que explicarían la dinámica de árboles y hierbas en el marco de las condiciones climáticas de mayor sequía y de menor presencia de CO2 en la atmósfera hace 20 millones de años que trajeron la aparición de las sabanas.

El estudio recoge las conclusiones del trabajo realizado desde 2014 por los investigadores sobre los factores intrínsecos de susceptibilidad de los bosques y las sabanas. Se sabe que las sabanas evolucionaron con la disminución de la concentración de CO2, acompañada de un aumento de la estacionalidad de la sequía (una variación marcada entre la estación húmeda y la seca). Este descenso del CO2 fue impulsado principalmente por el levantamiento de montañas como el Himalaya, ya que cuando se meteorizó la roca de silicato, los iones de calcio y magnesio resultantes se depositaron en los lechos oceánicos «atrapando» el CO2.

Procedimiento innovador

A diferencia de los estudios previos, que hasta ahora se habían limitado a aproximaciones teóricas y elaboraciones de modelos computacionales, los autores del presente trabajo llevaron a cabo un novedoso estudio que comparó de manera directa el efecto de la sequía y la concentración de CO2 en tres tipos de plantas: un árbol de bosque, un árbol de sabana y una hierba de sabana. Para ello, se evaluó la asimilación, la respiración, la transpiración de agua, el estado hídrico de la planta, el contenido de almidón en las hojas y las raíces durante meses en diferentes condiciones de riego y de concentración de CO2.

Hasta ahora no se había llevado a cabo ningún otro experimento comparativo complejo de esta naturaleza, por lo que el estudio aporta, por primera vez, pruebas experimentales directas y valiosas sobre las respuestas entre los árboles y las hierbas, de las que se carecía anteriormente y que proporcionan información sobre como las diferencias fisiológicas podrían haber contribuido a la expansión de las gramíneas C4 hace 20 millones de años.

Según señala Chandra Bellasio, investigador colaborador de la UIB en el grupo de investigación de Biología de las Plantas en Condiciones Mediterráneas (PLANTMED), «nuestro estudio demuestra que, mientras que los árboles se vieron favorecidos por un alto nivel de CO2, el árbol de bosque fue el más perjudicado por los bajos niveles de CO2 y la sequía prolongada, pero, al mismo tiempo, retrasó la respuesta a la sequía y fue capaz de reducir la respiración».

Según los investigadores, la respuesta del árbol de bosque puede ser una adaptación que confiere ventajas en los bosques, pero que puede ser contraproducente en un escenario de sequía prolongada.

Los árboles sufren la combinación de sequía y bajos niveles de CO2, lo que puede llevar a la mortalidad de ramas o de los propios árboles. Los huecos en la cubierta vegetal hacen posible el crecimiento de las hierbas, lo que, a su vez, puede permitir la presencia de herbívoros (en suelos ricos) e incendios (en suelos pobres), condicionando el ecosistema para arrastrar ciclos de perturbación que conducen a la aparición de la sabana.

Así, un nivel elevado de CO2 puede ayudar a los árboles a crecer más rápidamente y escapar del fuego y de los herbívoros. Una vez que los árboles superan a las gramíneas, les hacen sombra y las gramíneas no pueden hacer nada al respecto: los árboles ganan. Pero, curiosamente, los árboles de la sabana están mal adaptados a la sombra, por lo que el ciclo no se detiene cuando los árboles de la sabana crecen más que las gramíneas, sino que los árboles del bosque crecen más que los árboles de la sabana gracias a la sombra que les proporciona su vecino.

Por tanto, la transición del bosque a la sabana y viceversa podría estar condicionada por las ventajas y desventajas específicas de los árboles. Las hierbas habrían tenido un papel menos activo de lo que se pensaba, como espectadores oportunistas dispuestos a aprovechar las debilidades de los árboles. Un papel oportunista similar lo habrían jugado los herbívoros y el fuego, aprovechando la creciente proporción de gramíneas en los ecosistemas de apertura. Los árboles y sus debilidades serían, entonces, los principales protagonistas de la aparición de la sabana.

El estudio se ha llevado a cabo en el marco del proyecto CDREG, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) y liderado por la Universidad de Sheffield, con la participación de investigadores de la Universidad de las Illes Balears y la Universidad Nacional de Australia.

Referencia bibliográfica

Bellasio, C.; Quirk, J.; Ubierna, N. [et al.]. Physiological responses to low CO2 over prolonged drought as primers for forest–grassland transitions. Nat. Plants 8, 1014–1023 (2021). https://doi.org/10.1038/s41477-022-01217-8. 

Fecha de publicación: Wed Dec 21 11:43:00 CET 2022

Con la colaboración de:

 Gobierno de España. Ministerio de Ciencia e Innovación. FECYT Innovación