Cómo impacta el cambio climático en las biocostras, esenciales para la salud del suelo

Determinar qué microorganismos están activos dentro de las comunidades del suelo aún es un esfuerzo técnico importante en la investigación de la ecología microbiana. Ahora, usando un método novedoso para detectar la actividad microbiana en las costras biológicas del suelo, o biocostras, después de que se humedecen, un equipo de investigación, dirigido por expertos de la Universidad de Penn State, descubrió pistas que conducirán a una mejor comprensión del papel que juegan los microbios en la formación de un organismo vivo, es decir la “piel” sobre muchos ecosistemas semiáridos en todo el mundo.

Los pequeños organismos, y los microbiomas que crean están amenazados por el cambio climático. Los investigadores publicaron sus hallazgos en Frontiers of Microbiology. “Las biocortezas actualmente cubren aproximadamente el 12 % de la superficie terrestre de la Tierra, y esperamos que disminuyan entre un 25% y un 40% dentro de 65 años debido al cambio climático y la intensificación del uso de la tierra”, explicó la líder del equipo de trabajo, Estelle Couradeau, profesora asistente de Penn State y especialista en suelos y microbiología ambiental.

En ese sentido, la experta afirmó “esperamos que este trabajo pueda allanar el camino para comprender las funciones microbianas que respaldan la resistencia de la biocorteza a los patrones climáticos que cambian rápidamente y las sequías más frecuentes”.

Las costras biológicas (biocrusts) del suelo son conjuntos de organismos que forman una capa superficial bien organizada y perenne en ellos. Están muy extendidos y ocurren en todos los continentes donde la escasez de agua limita el crecimiento de las plantas comunes, lo que permite que la luz llegue a la superficie desnuda, aunque aún cuenta con suficiente agua para sustentar el crecimiento de microorganismos que realizan valiosos servicios ecosistémicos, como tomar carbono y nitrógeno del aire y fijarlos en el suelo, reciclar nutrientes y mantener unidas las partículas del suelo, lo que ayuda a prevenir el polvo.

Esa función de estabilización, que reduce la erosión al proporcionar los medios para que el suelo se aglutine y no se convierta en polvo, “es extremadamente importante”, según Couradeau. Su grupo de investigación ha estado estudiando intensamente las biocortezas durante una década.

“La mayor parte del polvo se genera en las tierras secas, y los estudios sugieren que la presencia de biocrusts en ellas reduce en gran medida la cantidad de polvo que, de otro modo, llegaría a la atmósfera”, indicó la experta. Y agregó: “Creemos que su pérdida causaría un aumento del 5% al 15% en la emisión y deposición global de polvo, lo que afectaría el clima, el medio ambiente y la salud humana”.

“En las regiones semiáridas donde existen biocostras, los organismos (musgos diminutos, líquenes, algas verdes, cianobacterias, otras bacterias y hongos) pueden experimentar solo unos pocos eventos de lluvia o nieve al año”, explicó Ryan Trexler, candidato a doctorado. en el Programa Interuniversitario de Posgrado en ecología y en biogeoquímica, quien también encabezó la investigación.

Al tiempo que indicó que “cuando el suelo está seco, en su mayor parte, los microbios están inactivos, sin hacer mucho. Pero tan pronto como perciben el agua, son resucitados muy rápidamente, en cuestión de segundos o minutos. Y están activamente produciendo clorofila y fijando carbono y nitrógeno hasta que el suelo se vuelve a secar, momento en que vuelven a estar inactivos. Van detrás de ciclos de actividad cada vez que llueve”.

Para estudiar las biocortezas, los investigadores tomaron muestras de tres parcelas de ellas dominadas por cianobacterias no perturbadas ubicadas en la meseta de Colorado cerca de Moab en Utah, Estados Unidos. Las muestras se tomaron en otoño después de la lluvia que humedeció el suelo lo suficiente como para activar los microbios. Posteriormente, las muestras se secaron y almacenaron en la oscuridad y luego se volvieron a humedecer mucho más tarde durante la investigación.

“Probamos lo que llamamos un desierto frío, porque es muy árido, pero en invierno a veces nieva -indicó Trexler-. Por lo tanto, no hace tanto calor como en muchos otros lugares áridos, pero aún así las plantas no pueden prosperar allí porque no hay suficiente agua. Y, por lo tanto, la única comunidad que encontramos en los suelos en el sitio es microbiana”.

Para determinar qué microorganismos están activos dentro de las comunidades del suelo, los investigadores combinaron el etiquetado bioortogonal no canónico de aminoácidos, conocido como BONCAT, con la clasificación de células activada por fluorescencia.

BONCAT es una poderosa herramienta para rastrear la síntesis de proteínas a nivel de células individuales dentro de comunidades y organismos completos, mientras que la clasificación de células activada por fluorescencia las clasifica en función de si están produciendo nuevas proteínas.

Los investigadores combinaron estos procesos con la secuenciación metagenómica de escopeta, lo que les permitió muestrear exhaustivamente todos los genes en todos los organismos presentes en la biocorteza. Aplicaron este método para perfilar la diversidad y las capacidades funcionales potenciales de los microorganismos activos e inactivos en una comunidad de biocrust después de ser resucitados por un evento de lluvia simulado.

Además, descubrieron que su novedoso enfoque puede distinguir microorganismos activos e inactivos en biocostras húmedas. Ambos componentes diferían en la riqueza y composición de especies tanto a las cuatro horas como a las 21 horas después del evento de humectación, concluyeron los investigadores.

Además, en la investigación contribuyeron: Marc Van Goethem, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah, Jeddah, Arabia Saudita; Danielle Goudeau, Nandita Nath, Trent Northen y Rex Malmstrom, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU.