Refugio experimental contra la sequía cerca de Hays, Kansas. Crédito: Alan Knapp
Hace casi 100 años, hubo una extraña toma de control en cámara lenta de las Grandes Llanuras. Durante el Dust Bowl de la década de 1930, cuando una histórica ola de calor y sequía azotó el centro de los Estados Unidos, hubo un cambio dramático en los tipos de plantas que ocupaban la región.
Los pastos más comunes en el norte más frío comenzaron a apoderarse de los estados de las llanuras del sur inusualmente cálidos y secos que generalmente estaban ocupados por otros pastos nativos.
En ese momento, por supuesto, este cambio en la cobertura vegetal no fue la principal preocupación durante un desastre que desplazó a unos 2,5 millones de personas y causó al menos $ 1,9 mil millones en pérdidas agrícolas solamente. Y, de hecho, no parecía tan extraño, hasta que los científicos comenzaron a aprender más sobre este tipo de plantas.
“Lo que sucedió solo se convirtió en un misterio mucho más tarde, basado en nuestra comprensión posterior de los rasgos de las especies que se reemplazaron entre sí”, dijo Alan Knapp, profesor distinguido de la Universidad del Departamento de Biología de la Universidad Estatal de Colorado en la Facultad de Ciencias Naturales y la ecologista senior del Programa de Posgrado en Ecología de CSU.
Durante la década de 1960, los investigadores descubrieron que había una diferencia ecológica clara entre estos dos tipos de lo que se pensaba que eran pastos de clima más cálido y más frío (un grupo, conocido como “C4”, usa la fotosíntesis para producir un compuesto con cuatro átomos de carbono, en comparación con el otro, conocido como “C3”, cuyo primer compuesto de fotosíntesis está compuesto por solo tres átomos de carbono). Los pastos C4 crecen mejor en temperaturas cálidas y son más eficientes en el uso de agua. Los pastos C3 tienden a ser más abundantes en climas más fríos y húmedos.
Lo que planteó la pregunta: ¿Por qué, durante una sequía y una ola de calor infames, los pastos C3 invadirían repentinamente unas 135.000 millas cuadradas del centro-sur de los Estados Unidos? Así nació la “paradoja del Dust Bowl”.
Los investigadores de la Universidad Estatal de Colorado registran especies de plantas en una parcela experimental. Crédito: Alan Knapp
Pregunta cada vez más urgente
No se trata solo de una curiosidad histórica. A medida que se acelera el cambio climático, los pastizales, que cubren entre el 30% y el 40% de la superficie terrestre del mundo, ya están experimentando un aumento de las temperaturas y variaciones extremas en las precipitaciones y se espera que experimenten sequías aún más extremas. Y, señaló Knapp, “son una parte vital de las economías locales dondequiera que ocurran”. Entonces, comprender qué precipitó el cambio repentino del Dust Bowl en las especies de césped, y sus efectos en cadena, es una pregunta cada vez más urgente.
“Debido a que se predice que sequías tan extremas serán más comunes en el futuro con el cambio climático, es importante comprender por qué estos pastizales respondieron de la manera en que lo hicieron, que fue exactamente lo contrario de lo que se podría predecir en función de sus características”, dijo Knapp.
Ahora, Knapp y sus colegas han encontrado una respuesta a esta pregunta. En un nuevo artículo, publicado esta semana en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, describen un experimento de sequía artificial de cuatro años realizado en los pastizales de Kansas y Wyoming que ofrece una solución al misterio de la paradoja del Dust Bowl.
“Este estudio desvela un rompecabezas sobre por qué los pastos C3 pueden superar a los pastos C4 en condiciones cálidas y secas”, dijo el coautor Yiqi Luo del Centro de Ciencia y Sociedad de Ecosistemas de la Universidad del Norte de Arizona. “A medida que el clima global cambia y los patrones de precipitación cambian, esta nueva lente es una herramienta importante para predecir la dinámica futura de la vegetación y el almacenamiento de carbono”.
Refugio experimental contra la sequía cerca de Hays, Kansas. Crédito: Alan Knapp
Construyendo una sequía artificial
Esto nos devuelve al misterio. ¿Por qué estos pastos C3 amantes del frío y menos eficientes en agua han llegado a dominar el centro de los EE. UU. Durante una histórica ola de calor y sequía? Knapp y sus colegas descubrieron que tenía menos que ver con la cantidad de precipitación y mucho más que ver con cuando que cae la precipitación.
Durante un año de crecimiento normal en las llanuras del sur de los Estados Unidos, la mayor parte de la humedad cae en el verano, durante la temporada de crecimiento. Pero en las praderas del norte, los patrones de precipitación son más uniformes durante todo el año. Resulta que esto también es lo que sucede durante las sequías extremas: las precipitaciones están mucho menos ligadas a los meses cálidos y ocurren de manera más uniforme durante el año.
Entonces, con la precipitación cayendo en patrones más parecidos a las llanuras del norte durante una sequía en el sur, los pastos C3 encontraron que los límites de su dinámica de lluvia preferida se extendían hacia el sur. Y proliferaron.
Los investigadores también encontraron que la invasión de las plantas C3 tiene una especie de poder de autoalimentación. Debido a que comienzan a crecer a principios de año, “pueden usar de manera preventiva el agua del suelo antes de que las plantas C4 se activen, lo que reduce aún más el crecimiento de las especies C4”, dijo Knapp.
Qué significa esto para el futuro de los pastizales globales y el clima
Estos resultados no son simplemente una cuestión de contar y rastrear especies. Los diferentes tipos de pastos también tienen diferentes características que pueden conducir a cambios en el ecosistema, el clima y el uso de la tierra en general.
Por ejemplo, los pastos C3 tienden a reverdecer un promedio de un mes antes que los pastos C4, pero mueren antes, cambiando el intercambio de carbono del suelo y el aire de la región. Al ser menos eficientes con el agua, los pastos C3 absorben más humedad del suelo, lo que tiene un efecto agravante, especialmente durante los años en los que el agua ya es escasa.
La época del año en que crecen también importa.
“Todas las plantas, cuando crecen activamente y están verdes, evaporan cantidades sustanciales de agua de sus hojas”, explicó Knapp. “Esto tiene un efecto de enfriamiento local. Debido a que los pastos C3 crecen cuando hace frío (en primavera) pero no a mediados del verano, el efecto de enfriamiento se pierde cuando más se necesita: durante los calurosos meses de verano. Esto significa que el cambio de los patrones de crecimiento de C4 a C3 podría resultar en veranos más calurosos “.
El equipo planea continuar estudiando los impactos de estos cambios estacionales y recuperarse de ellos.
“Después de la sequía del Dust Bowl que duró una década, los remanentes del impacto de la sequía en las comunidades de plantas fueron evidentes durante 20 años”, dijo Knapp. Entonces, el grupo ahora está monitoreando cuánto tiempo les tomará a sus parcelas experimentales recuperarse después de su experimento de cuatro años.
“Como un sistema tan extenso a nivel mundial, los pastizales juegan un papel importante en el ciclo global del carbono y las interacciones entre la vegetación y la atmósfera”, dijo Knapp, por lo que comprender eventos históricos a gran escala será fundamental para prepararse para los cambios climáticos del futuro.
Referencias:
“La diversidad genética de los invertebrados del suelo corrobora las estimaciones de tiempo de colapsos pasados de la capa de hielo de la Antártida Occidental” por Gemma E. Collins, Ian D. Hogg, Peter Convey, Leopoldo G. Sancho, Don A. Cowan, W. Berry Lyons, Byron J . Adams, Diana H. Wall y TG Allan Green, 24 de agosto de 2020, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073 / pnas.2007925117
“Resolviendo la paradoja del Dust Bowl de las respuestas de los pastizales a la sequía extrema” por Alan K. Knapp, Anping Chen, Robert J. Griffin-Nolan, Lauren E. Baur, Charles JW Carroll, Jesse E. Gray, Ava M. Hoffman, Xiran Li , Alison K. Post, Ingrid J. Slette, Scott L. Collins, Yiqi Luo y Melinda D. Smith, 24 de agosto de 2020, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073 / pnas.1922030117
El equipo incluyó a investigadores del Departamento de Biología de CSU (Anping Chen, Robert Griffin-Nolan, Charles Carroll, Jesse Gray, Ava Hoffman, Alison Post, Ingrid Slette y Melinda Smith), así como a los del Departamento de Biología de la Universidad. de Nuevo México, Albuquerque, y el Laboratorio Clave para el Análisis y Simulación de Procesos Geográficos de Hubei Provence y la Facultad de Ciencias Urbanas y Ambientales de la Universidad Normal de China Central en Wuhan, China.
