Cómo se autoorganiza el microbioma del suelo para incentivar el ciclo del carbono
El suelo es un almacén de carbono importante, por razones microscópicas. Los microbios del suelo descomponen constantemente el material vegetal, liberando algo de CO2 a la atmósfera, pero almacenando mucho más carbono dentro de la estructura del suelo. «Durante miles de años, esta actividad microbiana no solo ha mantenido en equilibrio el ciclo del carbono entre la tierra y la atmósfera, sino que también ha acumulado enormes reservas de carbono en los suelos», explica Christina Kaiser(se abrirá en una nueva ventana), profesora titular del Centro de Microbiología y Ciencias de Sistemas Ambientales de la Universidad de Viena. «Sin embargo, todavía no comprendemos completamente los mecanismos que impulsan la descomposición microbiana de la materia orgánica del suelo». El microbioma del suelo funciona a escalas increíblemente pequeñas y todavía no sabemos cómo las interacciones microbianas en un entorno espacialmente complejo como el suelo median el proceso general a nivel de sistema de renovación de materia orgánica. En el proyecto SomSOM, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), Kaiser y sus colegas arrojaron nueva luz sobre este sistema subterráneo, explorando las interacciones entre microbios a través de la lente de la ciencia de sistemas complejos. Las teorías en este campo sugieren que las interacciones a nivel micro pueden, en un proceso llamado «autoorganización», conducir a comportamientos emergentes a nivel de sistema que no son predecibles a partir de partes individuales. «Encontramos evidencia de que el comportamiento de los sistemas complejos es central para el funcionamiento del suelo», afirma Kaiser. «Esta perspectiva es esencial para predecir cómo responderán los suelos al cambio ambiental y cómo darán forma al equilibrio de carbono de la Tierra en el futuro».
Encontrar la autoorganización dentro de las comunidades microbianas del suelo
El equipo estudió cómo los microbios del suelo se «autoorganizan» en diferentes escalas espaciales, combinando experimentos a escala microscópica con modelos informáticos para estudiar cómo los microbios cooperan para descomponer sustancias complejas. Los microbios deben producir enzimas y liberarlas en su entorno para desbloquear las fuentes de alimento. Como se muestra en el proyecto, la eficacia de estas enzimas depende en gran medida de la estructura de microporos del suelo. Esto crea un equilibrio para los microbios que conduce a «puntos de inflexión» en los que pequeños cambios en las condiciones ambientales pueden crear cambios dramáticos en la actividad microbiana. En escalas mayores, se demostró que la estructura del suelo a escala milimétrica que surgió debido a las actividades microbianas da forma a las comunidades microbianas y las vincula a piezas distintas de la materia orgánica, con posibles implicaciones para su ecología y evolución. Utilizando suelos de experimentos de campo establecidos a largo plazo, el equipo también evaluó el papel del microbioma del suelo en el ecosistema. En las praderas austríacas, setenta años de agotamiento de nutrientes habían provocado cambios complejos en los hongos del suelo que habían modificado las comunidades vegetales y la química del suelo. En Islandia, estudios a lo largo de un gradiente geotérmico natural mostraron que los suelos pueden atravesar puntos de inflexión críticos bajo ciertas condiciones de cambio ambiental. Los hallazgos se publicaron en diferentes revistas revisadas por pares, incluidas «Nature Geoscience», «ISME Journal» y «PLOS Computational Biology», y se presentaron en varias conferencias, tanto dentro de la comunidad del suelo como en reuniones sobre sistemas complejos y modelos matemáticos.
Avanzar en nuestro conocimiento de los ecosistemas microbianos del suelo
En general, con el proyecto se mejoró nuestra comprensión de los ecosistemas microbianos del suelo a través de un método que no se utiliza tradicionalmente en la disciplina y se proporcionó la primera evidencia de que la dinámica de sistemas complejos da forma a la renovación del carbono del suelo. «Al combinar ideas de la ecología microbiana, la ciencia del suelo y la teoría de sistemas complejos, en el proyecto se nos dio una nueva perspectiva sobre los controles de la renovación de la materia orgánica del suelo y cómo responde a los cambios ambientales», agrega Kaiser. «Esto representa un avance importante más allá de la vanguardia en la investigación del suelo».
