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Biocostras: la primera capa de vida

Por J.M. Valderrama y Roberto Lázaro (CSIC)*

Las formas de vida en el planeta son tan versátiles como sorprendentes, capaces de colonizar y adaptarse a todos y cada uno de los vericuetos que ofrece la Tierra. Las biocostras son un ejemplo palmario de esta explosión vitalista que despliegan los organismos en su afán por sobrevivir y perdurar. Consisten en agrupaciones de un buen número de especies de cianobacterias (bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica), algas verdes, musgos, líquenes, hongos y hepáticas (plantas con forma de hígado), que ocupan los primeros milímetros del suelo mineral y son altamente resistentes (¡los líquenes sobreviven a 16 días de exposición al espacio exterior sin daño reseñable y recuperan toda la actividad metabólica en 24 horas!).

Las primeras especies en instalarse en el sustrato estéril son las cianobacterias. Después, según las condiciones, otros organismos se van añadiendo en la formación de la biocostra, por lo que existen distintos tipos según la composición final. La formación de esa primera capa de vida no lleva mucho tiempo en su primera fase. Así, por ejemplo, en un año se puede llegar a cubrir el 20 por ciento de un suelo desnudo. Sin embargo, la madurez de estos ecosistemas, que se van estratificando y enriqueciendo en número de especies, puede llevar entre 10 y 20 o 30 años a escala de pequeña parcela, y  varias décadas, incluso siglos, a escala de paisaje.

La Estación Experimental de Zonas Áridas (CSIC) lleva años observando y estudiando estos peculiares microecosistemas, que prosperan de maravilla en los paisajes semiáridos del sureste peninsular. Su principal  zona de estudio para las biocostras es el Desierto de Tabernas (Almería), un área de malpaís –espacios de ambiente árido con rocas poco erosionadas de origen volcánico– cuya situación, clima peculiar y abrupta topografía ayudan a explicar por qué las biocostras son tan frecuentes en este lugar. Las características son: baja densidad de plantas con las que competir, alta proporción de precipitaciones débiles u ocultas (rocío) y un escaso uso del territorio debido a la baja productividad y a los obstáculos naturales. Además, la accidentada topografía provoca una diversidad de microclimas que contribuye a la variedad de biocostras.

Biocostras

Biocostras (manchas blancas en el suelo) en El Cautivo, zona de estudio en el Desierto de Tabernas. / Roberto Lázaro (EEZA, CSIC)

El interés por estudiar y conservar las biocostras se debe a su papel clave en el funcionamiento del ecosistema, ya que modulan muchos procesos. Uno de los más destacables es la protección que proporcionan frente a la erosión hídrica. Las biocostras la reducen de 5 a 10 veces, ya que amortiguan el golpeteo de la lluvia en lugares donde la vegetación es prácticamente inexistente.

Precisamente, hoy el CSIC ha dado a conocer el resultado de una investigación liderada por Francisco Domingo, de la EEZA, en la que se confirma cómo las costras biológicas aumentan la infiltración y la humedad del suelo, y reducen la evaporación. De este modo, regulan la distribución de agua en el suelo de los ecosistemas áridos. Entre otras de sus aportaciones se encuentra que contribuyen a la fijación del carbono y el nitrógeno, y a la formación de suelo (edafogénesis) al aumentar la porosidad, la cantidad y estabilidad de agregados, el contenido en materia orgánica, etc.

Las biocostras constituyen un modelo para estudiar el funcionamiento de los ecosistemas por su relativa complejidad y portabilidad. En otras palabras, son una especie de maquetas en las que estudiar procesos como las respuestas al cambio climático, las relaciones entre biodiversidad y funcionamiento del ecosistema o la resiliencia de los ecosistemas secos.

 

* J.M. Valderrama es colaborador de la EEZA (CSIC) y autor del blog Dando Bandazos, en el que entremezcla literatura, ciencia y viajes. Roberto Lázaro es científico titular del Departamento de Desertificación y Geo-Ecología de la EEZA.

Mosquitos tigre, eucaliptos, mejillones cebra… ¿Las especies exóticas son siempre perjudiciales?

jorge-casinelloPor Jorge Cassinello (CSIC)*

Periquitos y cotorras argentinas sobrevolando la Casa de Campo de Madrid, mosquitos tigre que se convierten en un problema de salud pública en la costa mediterránea, bosques plagados de eucaliptos… Estos son algunos ejemplos de especies exóticas presentes en España. Una especie exótica o alóctona es aquella que llega a determinado territorio o ecosistema sin utilizar sus propios medios ni la intervención de procesos naturales. Se introduce por acción del ser humano, ya sea de forma intencionada o accidental. Ahora bien, ¿cuándo una especie exótica es invasora?

Hasta hace pocos años el concepto ‘invasor’ se aplicaba a las especies exóticas establecidas y en proceso de expansión; sin embargo, recientemente la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza estableció que una especie exótica invasora es aquella que causa daños y perjuicios en el ecosistema huésped. Esta es la definición aceptada en la actualidad, y por ello podemos equiparar el término ‘invasor’ con ‘perjudicial’ o ‘dañino’.

Desde un punto de vista evolutivo y ecológico, la presencia de una especie foránea en un ecosistema puede ocasionar importantes alteraciones. Esto se debe a que la especie exótica llega a una cadena trófica establecida evolutivamente y -sea como depredadora, competidora o como nueva fuente de alimento- puede originar cambios en la abundancia, distribución o supervivencia de las especies nativas.

Mosquito tigre capturado en el interior de un vehículo. Foto: app Tigatrapp

Mosquito tigre capturado en el interior de un vehículo. / App Tigatrapp.

¿Son todas las especies de origen exótico invasoras? Evidentemente no. La gran mayoría de las especies introducidas por el ser humano no tienen efectos negativos reconocidos sobre los ecosistemas. Este sería el caso de una buena parte de las plantas ornamentales o de los cultivos de plantas originarias de América que hoy se encuentran muy extendidos en todos los continentes, como el maíz, la patata o el tomate. Sólo unas pocas de las especies exóticas introducidas (en EEUU se estima que entre un 4-19%) han demostrado ser perjudiciales, al desplazar o incluso llevar a la extinción a especies autóctonas. Contamos con ejemplos muy conocidos, como el mejillón cebra y el mosquito tigre, pero también con la caña común o cañabrava, la carpa, el cangrejo americano, entre otros, así como las cabras y gatos domésticos introducidos en islas.

Aunque en muchos casos faltan estudios concluyentes, podemos establecer una serie de criterios para considerar el potencial invasor de una especie exótica.

Pensemos en una especie exótica imaginaria, la cual llega a nuestros lares por acción humana. ¿Qué ha de suceder para que sea considerada invasora? En primer lugar, es esencial que las condiciones climáticas, geográficas y ambientales sean adecuadas para el establecimiento, reproducción y desarrollo de dicha especie. A continuación es muy importante observar el grado de similitud evolutiva entre la especie introducida y las nativas. Si difieren sustancialmente a nivel evolutivo, la especie exótica asentada tiene muchas probabilidades de volverse invasora. Ejemplos paradigmáticos serían las introducciones de depredadores en islas o mamíferos placentados invasores en Australia, como el conejo, el dingo, el búfalo de agua o el dromedario.

Sin embargo, si la especie exótica y las nativas son semejantes evolutivamente existen muchas probabilidades de que la recién llegada ocupe un nicho ecológico acorde con las cadenas tróficas existentes, y en este caso su impacto dependerá de la presencia de la especie nativa. Así, si la especie nativa está presente podría darse competencia por los recursos y por tanto la especie exótica podría ser considerada invasora, como la ardilla gris de las Carolinas desplazando a la ardilla roja o el visón americano haciendo lo propio con el europeo. Pero si la especie nativa está extinta o no presente la exótica podría ocupar su nicho y cubrir un vacío útil para el ecosistema huésped. Un ejemplo sería el caso de las tortugas gigantes de las Seychelles introducidas en la Isla de Mauricio, en donde hace mucho tiempo se extinguieron las tortugas gigantes autóctonas.

ejemplar de arrui

Ejemplar de arrui. / Wikimedia.

Por último, si la especie exótica se establece en un medio alterado por el ser humano puede tener efectos positivos o negativos, en función del papel que juegue en la cadena trófica. Estos casos deben ser estudiados cuidadosamente, pues es probable que haya efectos inesperados en el contexto del cambio climático. Un ejemplo es el del arrui, un ungulado norteafricano emparentado con cabras y ovejas presente en el sureste español desde hace más de 40 años. El arrui se ha adaptado a las condiciones semiáridas de sierras murcianas y andaluzas y, paradójicamente, podría ayudar a mantener la diversidad de pastos silvestres en un escenario de calentamiento global y avance de la desertificación.

Es fundamental establecer con criterios científicos qué especies exóticas son invasoras y cuáles no, porque de lo contrario podemos dedicar ímprobos esfuerzos a erradicar una especie que en realidad no está perjudicando al medio natural.

Si nos atenemos a la definición de especie exótica invasora no podemos negar una realidad: la especie invasora más abundante y que ha colonizado prácticamente todos los rincones del planeta es el Homo sapiens. Así puede considerarse desde que tuvo la capacidad de desplazarse grandes distancias gracias a la creación de medios de transporte, y de establecerse y crecer alterando el medio y generando sus propias fuentes de subsistencia. Sin mediar ya ninguna relación coevolutiva con la mayoría de los ecosistemas huésped, es nuestro deber moral preservarlos y paliar al máximo los efectos negativos que les hemos ocasionado.

 

* Jorge Cassinello Roldán es investigador del CSIC en la Estación Experimental de Zonas Áridas y miembro de la Comisión por la Supervivencia de las Especies de la UICN.

Cómo medir la degradación del territorio

cara2Por J.M. Valderrama (CSIC)*

La degradación del territorio es la herencia irreversible de la desertificación y solo con grandes inversiones puede recuperarse una pequeña parte del esplendor perdido. Con este panorama la mejor estrategia es la prevención, como ocurre en la mayor parte de los problemas de carácter medioambiental. Y para atajarla hay dos vías: una es el análisis de los procesos socioeconómicos que causan la desertificación y la puesta en marcha de políticas de cambio, y otra vía es la detección temprana de la degradación y su magnitud.

Según la definición de Naciones Unidas, desertificación es “la degradación de tierras en zonas áridas, semiáridas y subhúmedas secas, causada por diversos factores como las variaciones climáticas y las actividades humanas”. Además se precisa que degradación es la “reducción o pérdida de la productividad biológica o económica y de la complejidad de las tierras”.

Mapa

Mapa de condición de la tierra de la Península Ibérica para el período 2000-2010, que refleja variaciones relativas de madurez ecológica / Estación Experimental de Zonas Áridas (CSIC).

Uno de los enfoques de medición es el conocido como RUE, siglas correspondientes a Rain Use Efficiency, que significa “eficiencia de uso de la lluvia”. El concepto detrás de estas siglas es el siguiente: la cantidad de biomasa producida por cada unidad de lluvia que cae en un territorio. Por ser un poco más específicos: los kilogramos por hectárea de vegetación que se producen cada año por cada milímetro de lluvia que recibe el suelo.

En zonas áridas, donde el agua disponible es el factor limitante para la vida, la degradación del territorio se mide a partir del RUE. Este sistema ofrece un retrato bastante preciso de la condición de la tierra, ya que refleja directamente la capacidad del suelo para amortiguar la falta de agua durante los periodos secos. Con un poco de elaboración matemática es posible determinar las zonas en mejor estado y hacer un seguimiento de su tendencia.

La tecnología actual permite sistematizar este método y evaluar la degradación en grandes territorios. Mediante imágenes de satélite es posible estimar la productividad vegetal para todo el planeta. Mientras que la red de estaciones meteorológicas, cada vez más amplia, permite obtener datos directos de precipitación y temperatura.

Montaje degradación

Ejemplo de aplicación del sistema 2dRUE en una sucesión de imágenes de Google Earth de un territorio que se está degradando / M.E. Sanjúan.

Una versión avanzada de este tipo de tecnologías es 2dRUE, desarrollada en la Estación Experimental de Zonas Áridas, del CSIC.  Se trata de una metodología de bajo coste, que usa datos públicos y abiertos. Tras una maquinaria computacional compleja, ofrece al usuario mapas contrastables y con una interpretación sencilla. El primer ensayo fue realizado en la Península Ibérica y, tras los resultados, ha sido adoptada por los gobiernos español y portugués con el fin de informar a la Convención de Naciones Unidas para la Lucha Contra la Desertificación, cuya misión es vigilar y mejorar la condición de los ecosistemas. Su éxito ha sido tal, que también se ha utilizado en el Magreb, Sahel, Mozambique y el Nordeste brasileño, y en la actualidad está siendo utilizada para toda China.

*J. M. Valderrama colabora con la Estación Experimental Zonas Áridas del CSIC y escribe en el blog Dando bandazos, en el que entremezcla literatura, ciencia y viajes. 

Zonas áridas: la tercera trinchera contra el cambio climático

Por J.M. Valderrama y Francisco Domingo (CSIC)*

El papel del suelo y, más precisamente, de las cavidades subterráneas que se forman en determinados lugares con sustrato calizo, como las zonas áridas, podría resultar decisivo para el cambio global: según investigaciones llevadas a cabo por la Estación Experimental de Zonas Áridas del CSIC, una parte significativa del CO2 atmosférico podría estar confinado en almacenes subterráneos. La alteración de estos suelos podría repercutir significativamente en la cantidad de CO2 emitido a la atmósfera.

Los científicos llevan años estudiando los procesos ligados al carbono con el fin de conocer los sumideros y fuentes de CO2, cuya acumulación en la atmósfera es una de las razones del calentamiento de la Tierra. Los estudios tratan de explicar por qué el incremento anual de la concentración de este gas debido a la actividad humana parece ser la mitad del esperado, un dato que no terminaba de cuadrar a la comunidad científica, que busca con ahínco el sumidero perdido del CO2.

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Torre de Correlación de Remolinos en el Llano de los Juanes, Sierra de Gádor, Almería.

Los resultados de este y de otros trabajos ponen de relieve el papel fundamental de las tierras áridas. Junto a océanos y zonas forestales, representan los tres grandes ámbitos que es preciso explorar para comprender el metabolismo del planeta. Hasta muy recientemente los esfuerzos se han concentrado en océanos y zonas forestales, mientras que las regiones áridas y semiáridas son las grandes desconocidas. Trabajos como el desarrollado por el equipo de investigación del CSIC, hacen pensar en estas zonas como un tercer bastión del planeta en la lucha contra el cambio global.

Lo primero que llama la atención en las zonas áridas es la relevancia de los procesos abióticos (no biológicos) en los que está envuelto el carbono. Es decir, que el carbono que forma parte de las rocas (como por ejemplo la caliza), lejos de ser un elemento estático e inmutable, participa activamente en varios procesos geoquímicos y se moviliza en determinadas condiciones. Otro hallazgo sorprendente ha sido constatar que parte del origen del carbono del subsuelo es biológico. La compleja maraña que entrevera procesos abióticos y bióticos (biológicos), en los que juega un papel muy relevante el carbono, aún está por desenmascarar.

De manera resumida puede afirmarse que estos procesos generan CO2. Parte del gas generado se emite a la atmósfera por ventilación (por efecto del viento y cambios de presión atmosférica) y parte se almacena, incluso en capas profundas a muchos metros, pues el CO2 desciende por gravedad. El tiempo que está almacenado se desconoce, de ahí que cuando se emite se confunde con el que respiran los seres vivos en superficie.

Estos procesos se han detectado y medido gracias al establecimiento de Torres de Correlación de Remolinos, unos aparatos capaces de apreciar el intercambio neto de CO2 entre la atmósfera y la superficie terrestre. La Estación Experimental de Zonas Áridas dispone, en colaboración con grupos de las Universidades de Granada y Almería, de tres estaciones de este tipo, integradas en la red internacional FLUXNET, que cuenta con más de 500 torres de flujo repartidas por todo el mundo.

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Sondas utilizadas para medir la concentración de CO2 en el suelo

El análisis de los datos que se han ido tomando mediante este y otros procedimientos empieza a revelar una serie de resultados interesantes, como el que señalábamos sobre el almacenamiento de CO2. Estos hallazgos son algunas de las piezas de un rompecabezas gigantesco que todavía hay que encajar. Mientras los investigadores se encuentran en esa fase de formular hipótesis y corroborar hechos, las torres continúan recogiendo información.

La degradación de las tierras áridas y la importancia que están revelando tener estos ecosistemas en relación con el calentamiento global hace necesario continuar investigando sobre el balance del CO2 en estas tierras.

*J. M. Valderrama colabora con la Estación Experimental Zonas Áridas del CSIC y escribe en el blog Dando bandazos, en el que entremezcla literatura, ciencia y amor a la montaña. Francisco Domingo Poveda es investigador y director de la Estación Experimental de Zonas Áridas. Los proyectos de investigación citados en esta entrada son CARBORAD (ref.CGL2011-27493) y GEOCARBO (ref. P08RNM3721), financiados por el Plan Nacional de I+D+i la Junta de Andalucía, respectivamente, y liderados por Francisco Domingo Poveda.

La importancia de los matojos

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Por J. M. Valderrama*

Las tierras áridas o secas no gozan de la misma buena imagen que las zonas boscosas. Su apariencia poco exuberante y aspecto un tanto desgastado las relega a un segundo plano en el imaginario colectivo. Sin embargo, prácticamente la mitad de la superficie terrestre (dos tercios del territorio de España) son tierras áridas. Es más, estos ecosistemas tienen un papel clave en el equilibrio global de carbono, siendo reservorios de extraordinario valor.

El rasgo esencial de la zona árida es el hecho de que la precipitación anual no alcanza a cubrir las pérdidas causadas por la evaporación superficial y la transpiración de las plantas. Al permanente déficit hídrico se le suma una distribución irregular de las lluvias, dando lugar a episodios recurrentes e impredecibles de sequías y diluvios torrenciales. Las tierras secas o áridas, que se clasifican en subtipos (subhúmedo seco, semiárido, árido e hiperárido), abarcan un gran rango de ecosistemas. Desde eriales y arbustos, hasta bosques xerofíticos (como acacias al borde del Sahara), pasando por sabanas y desiertos fríos y cálidos, que albergan algunas de las formas de vida más extremas del planeta.

Sierra del Cabo de Gata

Tupida cubierta vegetal de matojos (palmitos, espartales, etc.) en la Sierra del Cabo de Gata, Almería / J.M. Valderrama.

En estos amplios territorios viven 2.000 millones de personas y pasta la mitad de la ganadería mundial. Las especies vegetales y animales que conforman estos hábitats son producto de un proceso de adaptación a la errática y escasa disponibilidad de agua. En nuestro país, una de las expresiones más características de las zonas áridas son los matorrales, plantas de pequeño porte que prosperan en estepas, altiplanos y relieves con suelos de escaso espesor y muy pobres en materia orgánica.

Este paisaje de matojos (como vulgarmente se denominan) es en muchos casos el último bastión antes de llegar a la degradación absoluta: los desiertos. Su existencia es de vital importancia para proteger al suelo de la erosión, facilitar la redistribución del agua de lluvia y aumentar las tasas de infiltración. Además tienen un papel clave en el intercambio de carbono que se produce entre el suelo y la atmósfera. En lugares con vegetación abundante, la actividad fotosintética hace que se fije más carbono del que se emite. Sin embargo, en los drylands o tierras secas este balance está al límite. Los matojos evitan que se produzca una emisión mucho mayor de carbono a la atmósfera.

En algunas regiones, como es el caso de España, el hecho se agrava debido a que gran parte de las zonas áridas coinciden con sustratos calizos, especialmente ricos en carbono. En ellos, el agua diluye los sustratos haciendo que las emisiones de carbono sean enormes.

Los matorrales son el tipo de vegetación que gasta menos agua y en muchos casos no son sustituibles. Repoblaciones con especies inadecuadas pueden alterar el equilibrio hídrico y que el monte se seque. La desaparición de manantiales naturales debido a una tasa de consumo hídrico excesiva es un claro efecto de este tipo de repoblaciones.

Cuando las actividades humanas ponen en jaque estos ecosistemas, existen serios riesgos de que se desencadenen procesos de degradación que vayan minando la productividad del territorio. A este problema, en el que se combinan adversidades climáticas y un mal uso de los recursos, se le conoce como desertificación. Conocer la ecología de estas zonas, sus formas de vida y procesos que amenazan con degradarlos son los principales intereses de la Estación Experimental de Zonas Áridas del CSIC. Todo ello con el fin de contribuir al desarrollo de estrategias que mitiguen los procesos de desertificación activos y otras que prevengan la aparición de nuevos episodios.

Si específicamente nos fijamos en los ecosistemas mediterráneos, la importancia de que el suelo tenga matorrales es aún mayor. La razón es que en muchos de estos lugares caen entre 200 y 400 milímetros de lluvia al año. Esta es una cantidad insuficiente para tener una densa cubierta vegetal, pero lo bastante como para causar estragos. Ante este escenario la solución óptima es mantener la máxima cubierta vegetal posible, como son los matorrales, para hacer frente a la amenaza de la erosión hídrica, el mayor depredador de suelos fértiles.

*J. M. Valderrama trabaja en la Estación Experimental Zonas Áridas del CSIC y escribe en el blog Dando bandazos, en el que entremezcla literatura, ciencia y amor a la montaña.