Ecofisiolómica Vegetal para enfrentar los desafíos del cambio climático

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“Los científicos vegetales tienen una gran oportunidad para llevar a cabo investigación que incluya análisis de enfoque holístico, utilizando múltiples herramientas  que nos permitan mejorar la comprensión de las respuestas fisiológicas de plantas a condiciones estresantes, especialmente en aquellas regiones más sensibles al cambio global”.

Entre los Biólogos Vegetales, existe consenso de que los efectos del cambio global en marcha tendrán repercusiones significativas en las funciones fisiológicas y metabólicas de las plantas.

El cambio global en curso, es decir, la variabilidad climática global y sus extremos, más la intervención antropogénica en los procesos biogeoquímicos planetarios, está produciendo profundas modificaciones en la biósfera a una velocidad sin precedentes. Alrededor del mundo, la comunidad científica ha presentado fuerte evidencia que el cambio global está teniendo profundos impactos en la economía global, en los recursos naturales y en la salud humana. Particularmente, entre los Biólogos Vegetales, existe consenso de que los efectos del cambio global en marcha han impuesto grandes y rápidas modificaciones espacio-temporales sobre un número de variables medioambientales que tendrán repercusiones significativas en las funciones fisiológicas y metabólicas de las plantas.

Este es un asunto de preocupación global, considerando que las plantas son claves para los flujos de energía en la mayoría de los ecosistemas terrestres (ej.: productividad primaria) y base de la alimentación, fibra biocombustible y otros productos utilizados por los humanos. Dada la importancia de las plantas en el sustento de la vida terrestre y en el equilibrio de los ecosistemas, es fundamental maximizar nuestra comprensión de la resiliencia a nivel de planta-ecosistema frente a la amenaza del cambio global.

Siendo organismos sésiles, las plantas responden a la heterogeneidad medioambiental y los estresores por medio de un conjunto de mecanismos complejos, que van desde la regulación genética a las interacciones ecológicas. Descifrar estas respuestas ha sido por mucho tiempo una prioridad entre científicos de plantas. En 1992, Woodward presentó una revisión visionaria señalando las limitaciones y desafíos que tiene intentar predecir las respuestas de plantas al cambio ambiental global.  Un mensaje que queda de la publicación de Woodward es que, utilizando observaciones y experimentos multienfoque y multiescala, mejor será la predictibilidad y escalamiento de las respuestas a nivel de planta-comunidad-ecosistema frente a los efectos del cambio climático.

Durante la última década, un número creciente de proyectos multidisciplinarios (ej.: TRY Plant Trait Database) han proporcionado importantes avances en la comprensión de las respuestas de plantas y adaptación a diferentes componentes del cambio global. Los avances tecnológicos y científicos en curso han contribuido a desenmarañar las respuestas de las plantas bajo diferentes estresores. Enfoques interdisciplinarios emergentes tales como Paleoecofiosología, Ecología Genómica, Ecología Evolutiva del Desarrollo, etc. están llenando vacíos importantes de conocimiento. Sin embargo, incluso estos campos emergentes se han desarrollado independientes uno de otro, limitando la comprensión integral de las respuestas de las plantas frente al riesgo del cambio global y de cómo enfrentar mejor sus efectos negativos.

En zonas semiáridas, inclusive pequeñas variaciones en los patrones interanuales y estacionales de temperatura y precipitación podrían tener efectos catastróficos sobre el rendimiento y productividad vegetal tanto en sistemas naturales y agrícolas.

Uno de los principales síndromes derivados del cambio global es la intensificación de la expansión de zonas áridas (alcanzando hasta la fecha 3 mil 600 millones de hectáreas; fuente www.un.org), la que se espera exacerbe la falta de recurso hídrico, la degradación de la tierra y desertificación, especialmente en regiones áridas y semiáridas. Además, siendo la agricultura la actividad económica principal en las regiones más sensibles a los efectos del cambio global, tales como la semiárida, el bienestar de la población depende primordialmente de la precipitación y temperatura. Así, inclusive pequeñas variaciones en los patrones interanuales y estacionales de temperatura y precipitación podrían tener efectos catastróficos sobre el rendimiento y productividad vegetal tanto en sistemas naturales y agrícolas.

La expansión de zonas áridas trae un incremento en frecuencia e intensidad de sequías, junto con estrés por altas temperaturas, limitaciones importantes para los procesos que sostienen la productividad primaria terrestre, tales como la fotosíntesis. Fisiológicamente, el proceso de fotosíntesis es uno de los procesos más sensible al estrés térmico y sequía. Específicamente, las altas temperaturas afectan la eficiencia de carboxilación y desacopla los complejos proteicos que transportan electrones. Por otro lado, la sequía impone baja disponibilidad de agua para las plantas, siendo ésta el factor abiótico más importante que limita la fotosíntesis y, consecuentemente, el crecimiento y rendimiento vegetal. Así, no importa cuál de los escenarios predichos de cambio global enfrentaremos, todos ellos imponen significativas amenazas a la protección de los ecosistemas y a la seguridad alimentaria. Lejos de ser un panorama desalentador, los científicos vegetales tienen una gran oportunidad para llevar a cabo investigación que incluya análisis de enfoque holístico, utilizando múltiples herramientas  que nos permitan mejorar la comprensión de las respuestas fisiológicas de plantas a condiciones estresantes, especialmente en aquellas regiones más sensibles al cambio global.

Incorporando un enfoque ecofisiolómico para entender mejor la función y respuestas de las plantas bajo un mundo global cambiante

Debido a que la vulnerabilidad y capacidad de adaptación ambiental, socioecológica y económica presente y futura de los ecosistemas terrestres depende en gran medida de las plantas, es indispensable abordar los efectos del cambio global bajo una mirada interdisciplinaria e integral.

La Fisiología de plantas, la Ecofisiología de plantas y las Ómicas son disciplinas dedicadas al estudio de los mecanismos de respuesta de las plantas a estímulos y señales internas y externas (Ej.: funcionamiento de plantas). El funcionamiento de las plantas incluye todos los componentes fundamentales para el crecimiento y desarrollo vegetal, desde el aspecto molecular hasta el nivel de planta completa y su interacción con el medioambiente circundante. Por lo tanto, es razonable pensar en la fusión de estas disciplinas para mejorar las predicciones acerca de las respuestas de plantas al cambio global, e incluso mejor, perfeccionar las metodologías orientadas a mitigar sus efectos negativos sobre los sistemas naturales y agrícolas. Flexas y Gago (2018) abordaron este tema en una excelente revisión acerca de las orientaciones y rutas compartidas  de la Ecofisiología Vegetal y los diferentes enfoques ómicos. Los autores sugieren que estas disciplinas (Ecofisiología vegetal y los Ómicos = Ecofisiolómicas) deben ser integradas para una comprensión real y completa de las respuestas y funciones de las plantas, desde sus interacciones moleculares hasta aquellas a nivel de población y de comunidad.

Hasta ahora, existen grandes brechas que cubrir acerca de las redes de genes que regulan las respuestas transcriptómicas, metabolómicas y fisiológicas de plantas frente a los componentes del cambio global, tales como sequía, estrés por calor, eutrofización, degradación del suelo, etc., y también frente a sus efectos combinados. Avances recientes en métodos analíticos a gran escala y de alto rendimiento que combinan el enfoque multidisciplinario mencionado antes, nos han permitido descubrir nuevas vías genéticas y biosintéticas para importantes procesos y metabolitos basados en plantas.

Estos tipos de enfoques de investigación multidisciplinaria nos proveerán el marco para comprender mejor el mecanismo que rige las respuestas de las plantas y cultivos a las señales ambientales, con conocimiento sobre las moléculas que pueden ser utilizadas en proyectos de mejoramiento de cultivos. Dado el escenario progresivo de cambio global, el razonamiento de Flexas y Gago tiene cada vez más sentido. Debido a que la vulnerabilidad y capacidad de adaptación ambiental, socioecológica y económica presente y futura de los ecosistemas terrestres depende en gran medida de las plantas, es indispensable abordar los efectos del cambio global bajo una mirada interdisciplinaria e integral. Finalmente, el cambio global y los desastres humanos, tales como las pandemias, revelan la fragilidad de nuestros ecosistemas. En vista de la importancia de las plantas en el sostenimiento de la vida terrestre y el equilibrio ecosistémico, la integración de diferentes enfoques, como lo hace la  Ecofisiolómica, maximizará no sólo nuestra comprensión de la resiliencia a nivel de planta-ecosistema, sino también el apoyo y asesoramiento para los responsables políticos y gobiernos para una mejor gestión  frente las amenazas y desafíos del cambio global.

Autores: Dr. Enrique Ostria (CEAZA) y Dra. Luisa Bascuñan (Universidad de Concepción)