En 2011, las imágenes satelitales de las sabanas africanas revelaron un misterio: estas praderas onduladas, con sus fuertes lluvias y períodos de sequía, albergaban significativamente menos árboles de lo que los investigadores esperaban. Los científicos suponían que la alta precipitación anual del ecosistema resultaría enmayor crecimiento de los árboles. Sin embargo, un estudio de 2011 descubrió que mientras más casos de fuertes lluvias recibía una sabana, menos árboles tenía.
Para este enigma ecológico, los investigadores de la Universidad de Princeton finalmente podrían haber proporcionado una solución. En un estudio publicado en el Procedimiento de la Academia Nacional de Ciencias , los investigadores usan ecuaciones matemáticas para mostrar que las diferencias fisiológicas entre árboles y pastos son suficientes para explicar el curioso fenómeno.
Los investigadores encontraron que, en condiciones muy húmedas, los pastos tienen una ventaja porque pueden absorber rápidamente el agua y soportar altas tasas de fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas convierten la luz solar en energía. Los árboles, con sus hojas y raíces más duras, puedensobrevive mejor en períodos secos debido a su capacidad para resistir el estrés hídrico, pero esto representa una desventaja para los árboles en períodos de lluvia intensa, ya que son comparativamente menos efectivos en la utilización del agua recién abundante.
"Una manera simple de ver esto es pensar en la lluvia como un ingreso anual", dijo el primer autor Xiangtao Xu, un estudiante graduado en el laboratorio del segundo autor David Medvigy, profesor asistente de geociencias de Princeton. "Los árboles y las hierbas compiten entre sí".sobre la cantidad de dinero que recibe la sabana cada año y que importa cómo usan sus fondos "
Xu explicó que cuando el "banco" está lleno de lluvia, los pastos, que construyen estructuras relativamente baratas, prosperan. Cuando hay un déficit de lluvia, los árboles sufren menos que los pastos y, por lo tanto, ganan.
El problema es que varios documentos de alto perfil en la última década han predicho que los períodos de lluvias intensas serán más frecuentes en todo el mundo, especialmente en las áreas tropicales, dijo Xu. La investigación de Princeton sugiere que estos cambios climáticos globales eventualmente conducirána una abundancia reducida de árboles en las sabanas.
"Debido a que la sabana ocupa una gran área, que alberga una gran cantidad de animales salvajes y ganado, esto influirá en muchas personas que viven en esas áreas", dijo Xu. "Es importante entender cómo cambiaría el bioma"bajo el cambio climático global "
El estudio destaca la importancia de comprender el patrón y la intensidad de la lluvia, no solo la precipitación anual total, que es donde se ha centrado la mayor parte de la investigación en esta área, dijo Xu. En 50 años, una región aún puede experimentar la misma cantidad generalde precipitación. Sin embargo, si la intensidad cambia, eso afectará la abundancia de pastos y árboles. Esto, a su vez, influirá en los herbívoros que subsisten en ellos y en otros animales en el bioma, esencialmente, afectando todo el ecosistema.
Xu, Medvigy y el coautor Ignacio Rodríguez-Iturbe, Profesor Distinguido de Ingeniería Civil y Ambiental James S. McDonnell de Princeton, crearon un modelo numérico que imitaba las funciones mecanicistas reales de los árboles y las gramíneas. Pusieron ecuaciones sobre cómoambas plantas hacen fotosíntesis, absorben agua e incluso se roban agua unas de otras. Estas ecuaciones se combinaron con un generador de lluvia aleatorio basado en parámetros de lluvia derivados de observaciones de campo a través de la sabana.
Esta configuración permitió al equipo observar cómo responderían las plantas bajo diferentes condiciones climáticas. Los análisis anteriores de la sabana solo han considerado la lluvia anual o mensual, pero entender cómo se distribuye la lluvia en diferentes áreas a escala diaria es crítico en la sabana, Dijo Xu. La intensidad de la lluvia diaria determina quién ganará en una competencia entre pastos y árboles por el recurso finito del agua.
"Pusimos esquemas de lluvia realistas en el modelo, luego generamos la abundancia de hierba o árboles correspondiente y comparamos los resultados numéricos con observaciones del mundo real", dijo Xu.
Luego, los investigadores probaron el modelo utilizando mediciones de campo de una sabana bien estudiada en Nylsvley, Sudáfrica, y en otros nueve sitios a lo largo del Kalahari Transect, que es una especie de frontera de la actividad atmosférica y climática en el sur de África. Los investigadores tambiénutilizó datos de teledetección en todo el continente. Para cada sitio, el modelo predijo con precisión la abundancia de árboles que observaron los investigadores.
Gaby Katul, profesora de hidrología y micrometeorología en la Universidad de Duke, dijo que la investigación de Princeton hace evidente el efecto local de la variación de la lluvia en el dominio de las plantas y la composición de un ecosistema.
"Este trabajo ofrece evidencia de cómo los cambios en la lluvia afectan la interacción árbol-hierba porque las variaciones de lluvia son grandes", dijo Katul, quien no participó en la investigación. "El enfoque puede usarse no solo para 'diagnosticar' el presenteIndique dónde dominan las variaciones del patrón de lluvia, pero también ofrece un 'pronóstico' de lo que puede suceder en el futuro ".
El hallazgo de los investigadores de que los pastos ganan en períodos de lluvias intensas rechaza la teoría de la separación del nicho de raíces, dijo Xu, que predice que los árboles superarán a los pastos cuando llueve intensamente cuando el suelo se satura porque sus raíces pesadas penetranmás profundo en el suelo.
"Esta hipótesis ignora el hecho de que los pastos y los árboles tienen diferentes habilidades para absorber y utilizar agua", dijo Xu. "Y esa es una de las partes más importantes de lo que encontramos. Los pastos son más eficientes para absorber agua, así que en ungran evento de lluvia, hierba gana ".
Xu dijo que sería difícil predecir si los cambios en la distribución de la hierba y los árboles tendrían un impacto positivo o negativo en la sabana. Pero sí dijo que más hierbas significan más apoyo para las vacas, los caballos y otros herbívoros. Por otro lado, menos árboles significa que se elimina menos dióxido de carbono de la atmósfera y una pérdida de hábitat para las aves y otros animales que dependen de los árboles.
Sin embargo, el modelo ofrece un punto de entrada para mejores políticas y decisiones para ayudar a las comunidades a adaptarse a los cambios futuros. "Es como con el clima", dijo Xu. "Si no lee el informe meteorológico, tienetomar lo que la naturaleza te da. Pero si sabes de antemano que lloverá mañana, debes traer un paraguas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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