Los niveles más altos de dióxido de carbono están cambiando los micronutrientes en pastos, árboles e incluso algas marinas. ¿Qué significa...
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| Los niveles más altos de dióxido de carbono están cambiando los micronutrientes en pastos, árboles e incluso algas marinas. ¿Qué significa eso para los animales que se encuentran más arriba en la cadena alimentaria? |
24 abril 2023.- Es difícil para un saltamontes hambriento en una pradera donde hay mucho pasto para comer, pero el pasto de este siglo ya no es lo que solía ser. Es menos nutritivo, deficiente en minerales como hierro, potasio y calcio. En parte debido a esa dieta deficiente en nutrientes, últimamente ha habido una gran disminución en el número de saltamontes, aproximadamente un tercio en dos décadas, según un estudio de 2020. La pradera no salta como antes, y uno de los principales culpables es el dióxido de carbono, dice el autor del estudio Michael Kaspari, ecologista de la Universidad de Oklahoma en Norman.
El dióxido de carbono atmosférico está en su nivel más alto en la historia de la humanidad . Eso probablemente esté bien para plantas como las hierbas que mastican los saltamontes. Pueden convertir ese carbono atmosférico en carbohidratos y construir más plantas; de hecho, los biólogos de plantas alguna vez pensaron que todo ese dióxido de carbono adicional simplemente significaría mejores rendimientos de los cultivos. Pero los experimentos en cultivos expuestos a altos niveles de dióxido de carbono indican que muchas plantas alimenticias contienen menos de otros nutrientes que bajo las concentraciones de dióxido de carbono del pasado. Varios estudios encuentran que los niveles de nitrógeno de las plantas, por ejemplo, han disminuido, lo que indica un menor contenido de proteína vegetal. Y algunos estudios sugieren que las plantas también pueden tener deficiencia de fósforo y otros oligoelementos.
La idea de que las plantas cultivadas en la era actual rica en dióxido de carbono contendrán menos de ciertos otros elementos, un concepto que Kaspari clasifica como dilución de nutrientes, ha sido bien estudiada en las plantas de cultivo. La dilución de nutrientes en los ecosistemas naturales está menos estudiada, pero los científicos han observado que ocurre en varios lugares, desde los bosques de Europa hasta los bosques de algas en el sur de California . Ahora, investigadores como Kaspari están comenzando a examinar los efectos secundarios, para ver si los herbívoros que comen esas plantas, como los saltamontes y los mamíferos que pastan, se ven afectados.
Los escasos datos ya presentes sugieren que la dilución de nutrientes podría causar problemas generalizados.
¿Comida de menor calidad?
Está claro que el aumento de los niveles de dióxido de carbono cambia la composición de las plantas de varias maneras. Los científicos han realizado estudios de años en los que bombean dióxido de carbono sobre los cultivos para aumentar artificialmente su exposición al gas, y luego analizan las plantas para determinar el contenido de nutrientes. Un gran análisis encontró que aumentar el dióxido de carbono en aproximadamente 200 partes por millón aumentó la masa vegetal en aproximadamente un 18 por ciento, pero a menudo redujo los niveles de nitrógeno, proteínas, zinc y hierro.
Las verduras como la lechuga y los tomates pueden ser más dulces y sabrosas debido a los azúcares ricos en carbono añadidos, pero pierden entre un 10 y un 20 por ciento de las proteínas, nitratos, magnesio, hierro y zinc que tienen en condiciones con menos carbono, según otro gran estudio. En promedio, las plantas pueden perder alrededor del 8 por ciento de su contenido mineral en condiciones de dióxido de carbono elevado.
Cuando las verduras se cultivan bajo niveles elevados de dióxido de carbono, por lo general se vuelven más grandes y más dulces y pueden tener más de algunos minerales, como el calcio, según encontró un análisis de varios estudios diferentes. Pero las cantidades de otros minerales, incluidos el zinc y el hierro, pueden disminuir.
Los científicos aún no saben exactamente cómo el dióxido de carbono adicional provoca cambios en todos estos otros nutrientes. Kaspari, quien discutió la importancia de los micronutrientes como el calcio y el hierro en los ecosistemas en la Revisión anual de ecología, evolución y sistemática de 2021 , sugiere que es una simple cuestión de proporciones: el carbono aumenta, pero todo lo demás permanece igual.
Lewis Ziska, fisiólogo de plantas de la Escuela de Salud Pública Mailman de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York, cree que es más complicado que solo proporciones. Por ejemplo, en el estudio de las verduras, el dióxido de carbono elevado aumentó la concentración de ciertos nutrientes, como el calcio, aunque limitó los niveles de otros.
Un factor que contribuye podría ser las pequeñas aberturas de las plantas, llamadas estomas, a través de las cuales absorben el dióxido de carbono que usan para producir azúcares y el resto de sus estructuras. Si hay mucho dióxido de carbono alrededor, no necesitan abrir los estomas con tanta frecuencia ni durante tanto tiempo. Eso significa que las plantas pierden menos humedad a través de la evaporación de esas aberturas. El resultado podría ser menos líquido subiendo por el tallo desde las raíces, y dado que ese líquido transporta elementos como metales del suelo, menos de esos oligoelementos llegarían a los tallos y las hojas.
Los científicos también han postulado que cuando el dióxido de carbono es alto, las plantas son menos eficientes para absorber minerales y otros elementos porque las moléculas de la raíz que normalmente atraen estos elementos actúan a una capacidad menor. Probablemente hay múltiples procesos en juego. No es un mecanismo único para todos.
Lo que sea que esté sucediendo en estos cultivos bien estudiados, presumiblemente lo mismo está ocurriendo en los árboles y las malezas y otras especies no agrícolas. Si le está sucediendo al suministro de alimentos humanos, le está sucediendo a todos los demás, afirma Kaspari, autor del estudio.
Varios estudios sugieren que Kaspari tiene razón. Por ejemplo, a pesar de que los agricultores agregan fertilizante nitrogenado a las tierras de cultivo y ese nitrógeno luego se lava en las vías fluviales o tierras silvestres vecinas, la disponibilidad de nitrógeno está disminuyendo en una variedad de ecosistemas no agrícolas. En un análisis, los investigadores examinaron los niveles de nitrógeno en más de 43 000 muestras de hojas, recolectadas en varios estudios entre 1980 y 2017. Los niveles de dióxido de carbono atmosférico aumentaron casi un 20 % durante ese período, y las concentraciones de nitrógeno en las hojas disminuyeron un 9 % . Las concentraciones de minerales también se ven afectadas: los científicos que estudiaron árboles en Europa entre 1992 y 2009 observaron una caída en varios, incluyendo calcio, magnesio y potasio, en al menos algunas de sus muestras de hojas.
Los científicos también pueden examinar muestras de museos y herbarios para estudiar cómo ha cambiado el contenido de nutrientes de las plantas a medida que aumentan los niveles de dióxido de carbono en el planeta, que analizaron el polen desde 1842, justo antes de la Revolución Industrial Estadounidense y en ese momento, los niveles de dióxido de carbono eran de 280 partes por millón, en comparación con poco más de 420 en la actualidad.
El contenido de proteína del polen y, por lo tanto, el nivel de nutrición, disminuyó con el tiempo en aproximadamente un tercio, encontraron los científicos. Los experimentos modernos confirmaron que más dióxido de carbono produce polen deficiente en proteínas . Aunque todavía no está claro qué significa esto para las abejas, probablemente no sea bueno, afirman los científicos.
Los resultados son sorprendentes, particularmente en comparación con los estudios de cultivos que no se basan en grandes conjuntos de datos históricos en los que se vinculan la salud de los polinizadores y la nutrición humana.
Pastizales exuberantes, calorías vacías
Los animales como las abejas necesitan más que proteínas de su dieta; también necesitan micronutrientes. Ciertos minerales, como el sodio, son más importantes para los animales que para las plantas. Muchas plantas están bien sin nada de sodio, pero los animales necesitan sodio para que el cerebro y los músculos funcionen correctamente. (Es por eso que los ciervos visitan las salinas y los atletas toman Gatorade). Muchas plantas parecen sobrevivir sin yodo, pero los animales dependen de él para la función tiroidea.
Las plantas toman muchos elementos del suelo, algunos de los cuales son necesarios tanto para las plantas como para los animales, otros solo para los animales.
La dilución de nutrientes, entonces, podría afectar a los herbívoros de muchas maneras y podría estar contribuyendo a una caída reportada, aunque controvertida, en el número de insectos que a veces se conoce como el "apocalipsis de los insectos". Cuando los insectos están estresados nutricionalmente, no crecen tan rápido y, por lo tanto, no alcanzan la madurez tan rápido, no se reproducen tan rápido y, por lo tanto, el tamaño de la población puede disminuir.
El estudio de Kaspari sobre los saltamontes de Kansas, publicado en 2020, fue el primero en vincular la dilución de nutrientes en las plantas con una disminución notoria de la población de insectos . Se centró en Konza Prairie, un área natural en el noreste de Kansas que se ha reservado para investigar el ecosistema de las praderas de pastos altos. Konza presenta arbustos y árboles junto con pastos, y es el hogar de roedores, pájaros, lagartijas y ciervos.
Kaspari y sus colegas accedieron a más de tres décadas de datos sobre la vida vegetal de la pradera y las poblaciones de saltamontes: se habían muestreado más de 93,000 de los insectos. La biomasa vegetal aumentó, principalmente debido a una duplicación de la biomasa del pasto, desde mediados de la década de 1980 hasta 2016. Eso suena como un gran buffet para los saltamontes, pero sus poblaciones disminuyeron en más del 2 por ciento cada año, encontraron los investigadores. Kaspari y sus colegas creen que la razón radica en los pastos: dentro de ellos, varios elementos que necesitan los saltamontes (nitrógeno, fósforo, potasio y sodio) disminuyeron durante el mismo período de tiempo.
Si bien otros aspectos del clima y el clima sin duda desempeñaron un papel en el número de saltamontes, los investigadores estimaron que la dilución de nutrientes fue responsable de aproximadamente una cuarta parte de la disminución de saltamontes.
Hay indicios de que las criaturas que se encuentran más arriba en la cadena alimenticia, los depredadores de saltamontes, también podrían verse afectadas. Alice Boyle, ecologista aviar de la Universidad Estatal de Kansas en Manhattan, dice que sus datos aún no publicados de Konza Prairie muestran que cuando los investigadores contaron gorriones saltamontes territoriales machos en áreas específicas a lo largo del tiempo, la población de aves se redujo de aproximadamente 65 en 1980 a menos de 20 en 2021. La especie podría desaparecer de la pradera dentro de 100 años, dice.
Los saltamontes son los principales devoradores de hierba en pastizales como Konza, pero también lo son los animales más grandes que pastan en la pradera. Se sabe poco acerca de los efectos de la dilución de nutrientes en los grandes herbívoros como los ciervos, pero como evidencia de lo que podría estar pasando, Kaspari señala a sus "primos urbanos": el ganado.
El nitrógeno es un elemento crítico de las proteínas vegetales. Cuando los niveles de nitrógeno disminuyen en las hojas, los insectos y otros animales que obtienen proteínas de esas hojas pueden crecer más lentamente y tener menos descendencia.
Para investigar la posible dilución de nutrientes en las dietas del ganado, Elmore y sus colegas aprovecharon un conjunto de datos a largo plazo sobre estiércol de vaca de Texas A&M Agrilife Research en Temple. Allí, el ecologista de pastizales Jay Angerer, ahora en el Departamento de Agricultura de EE. UU., ayudó a los ganaderos preocupados por la nutrición de sus animales analizando las hamburguesas de las vacas, una práctica que le ha proporcionado más de 36 000 mediciones durante más de 22 años. Los investigadores encontraron que desde 1994, cuando los niveles de dióxido de carbono eran de alrededor de 360 partes por millón, la concentración de proteína cruda en las muestras de vaca se redujo en casi un 10 por ciento .
Estos estudios pintan una imagen de los pastizales estadounidenses que se han convertido en desiertos verdes, repletos de exuberante vida vegetal que ofrece calorías vacías. Queda por ver cómo los efectos entrelazados del alto contenido de dióxido de carbono, las plantas y los animales que se alimentan de las plantas se desarrollarán en otros ecosistemas. Se están realizando estudios que apuntan a aclarar lo que está sucediendo: por ejemplo, una gran colaboración llamada Nutrient Network está ocupada analizando los presupuestos de nutrientes de los pastizales y las poblaciones de herbívoros en todo el mundo, para comprender mejor los vínculos entre la producción y diversidad de plantas y la influencia de los herbívoros. . Y la Reserva Científica del Ecosistema Cedar Creek, en la Universidad de Minnesota, ha estado analizando cómo los ecosistemas están respondiendo al cambio ambiental, incluido el alto contenido de dióxido de carbono, durante más de cuatro décadas.
Los diversos efectos del cambio climático en los ecosistemas naturales hacen que sea difícil saber qué tan preocupado debe estar. Algunos organismos podrían obtener una ventaja mientras que otros pierden. Por ejemplo, los saltamontes que estudió Kaspari parecen estar recibiendo un golpe, sin embargo, otros saltamontes, específicamente, las langostas que dañan los cultivos , parecen beneficiarse de una dieta que es menos rica en nutrientes .
Planetary Health Alliance, un consorcio que investiga los impactos de la degradación ambiental en la salud humana, asegura que no tenemos idea de cuáles son las implicaciones sobre la salud humana.
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