Descubren cómo las bacterias ayudan a los árboles a sobrevivir a la sequía

*Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.

Cuando las cosas se ponen difíciles, todos necesitamos una mano amiga, y los árboles no son la excepción. Los investigadores del Departamento de Ciencias Vegetales del Instituto de Ciencias Weizmann han descubierto que, en condiciones de sequía, los cipreses reciben ayuda de las bacterias beneficiosas para el suelo en una especie de cooperación que les permite sobrevivir e incluso prosperar.

“Nuestro estudio podría haber proporcionado la mejor evidencia hasta el momento de que los árboles y las bacterias realmente pueden coexistir simbióticamente”, dice el doctor Tamir Klein, jefe del equipo de investigación. “Esto tiene una enorme importancia ecológica”, agrega.

En muchos lugares del mundo, el verano de 2022 fue una de las estaciones más secas registradas. Algunas partes de China, Europa, Oriente Medio, el Cuerno de África y América del Norte sufrieron sequías severas, y se espera que estas condiciones climáticas extremas aumenten como resultado del cambio climático.

Según Klein, la creciente prevalencia de las sequías crea una necesidad urgente de comprender los mecanismos subterráneos que mantienen vivos a los árboles en condiciones climáticas extremas, a fin de mitigar la creciente mortalidad de los árboles en Israel y otros lugares.

“Si perdemos los bosques, lo perderemos todo porque los árboles producen nuestro oxígeno, absorben dióxido de carbono, limpian el aire y regulan la temperatura. Por lo tanto, debemos apoyar a nuestros bosques. Y si las bacterias pueden apoyar a los árboles y podemos entender cómo lo hacen, ese es un excelente punto de partida”, explica.

El viaje de Klein para revelar la cooperación entre los árboles y otros organismos forestales comenzó hace años. En sus estudios anteriores, investigó cómo los árboles comparten recursos con otros árboles para mantenerse saludables y cómo mantienen relaciones simbióticas con los hongos.

El último estudio, dirigido por la doctora Yaara Oppenheimer-Shaanan, microbióloga del laboratorio de Klein, se centró en las interacciones entre los cipreses y las bacterias beneficiosas presentes en el suelo forestal.

Durante un mes, los investigadores cultivaron plantones de cipreses en cajas hechas a medida llenas de tierra forestal, que se colocaron en un invernadero en el Instituto de Ciencias Weizmann. Los cipreses se dividieron en dos grupos: uno fue regado regularmente y el otro fue privado de agua. En cada grupo, la mitad de los cipreses fueron expuestos a bacterias del suelo que habían sido recolectadas del bosque Harel.

El equipo de investigación examinó las interacciones entre las raíces de los árboles y las bacterias utilizando varios métodos, incluida la medición de las reacciones fisiológicas de los árboles a la sequedad, la realización de recuentos bacterianos, la obtención de imágenes de las colonias bacterianas en las zonas de las raíces utilizando marcadores fluorescentes, el análisis de los compuestos emitidos por las plántulas a través de sus raíces y la evaluación de la composición mineral del follaje de los cipreses.

A través de este enfoque multidisciplinario, que combina la microbiología, la fisiología vegetal y la química orgánica, los investigadores identificaron la sorprendente cooperación que se produce bajo tierra entre los árboles y las bacterias del suelo: las bacterias ayudan a los árboles a hacer frente a la escasez de agua y, a cambio, se benefician de las secreciones de las raíces de los árboles.

Por ejemplo, la tasa de secreciones de las raíces fue más del doble en los árboles expuestos a bacterias, en comparación con los árboles que no lo estuvieron, tanto en el grupo de cipreses irrigados como en el grupo que creció en condiciones de sequía.

Además, los científicos identificaron alrededor de 100 compuestos en las secreciones, incluidos ácidos fenólicos y orgánicos, y la concentración de casi la mitad de estos compuestos difería significativamente entre los árboles irrigados y los que sufrieron falta de agua. “Cuando añadimos nueve de los compuestos a las bacterias, como fuentes de carbono y nitrógeno, ocho de ellos estimularon el crecimiento bacteriano”, afirma Oppenheimer-Shaanan. “Esto es una prueba de que las secreciones son una fuente de alimento para las bacterias”.

En general, los resultados del estudio sugieren que la salud de los árboles mejoró como resultado de las interacciones con las bacterias. Además, durante una sequía, la cooperación entre árboles y bacterias compensó el impacto negativo de la falta de agua.

La disponibilidad de fósforo en el suelo se mantuvo solo para los cipreses que estuvieron expuestos a las bacterias, y esta disponibilidad compensó la disminución de los niveles de fósforo y hierro medidos en el follaje de los cipreses cultivados en condiciones de sequía.

Klein espera que los resultados de esta investigación hagan avanzar nuestro conocimiento de la ecología forestal y la comprensión de que los árboles participan en una cooperación mucho más amplia de lo que se creía anteriormente.

En el nivel aplicado, los hallazgos pueden tener implicaciones importantes para mejorar la salud del suelo y aprender a apoyar a las plantas que están bajo estrés debido a la falta de recursos. Por ejemplo, el reclutamiento de bacterias específicas podría ayudar a mejorar la salud de los árboles y los bosques y generar una mayor resiliencia y estabilidad ecológicas.

“El siguiente paso es determinar la contribución exacta de cada bacteria o cada grupo de bacterias, y qué bacterias benefician a qué árboles”, dice Oppenheimer-Shaanan.

“Esto es solo el principio. Cuanto más aprendamos sobre estas interacciones, más capaces seremos de formular un diccionario completo y preciso, y esto debería permitirnos llegar a los resultados deseados, o prevenir los no deseados, en el cuidado de nuestros bosques”, concluye Klein.

* El equipo de investigación estuvo integrado por Gilad Jakoby y Maya Starr del grupo de Klein; los doctores Maxim Itkin y Sergey Malitsky del Departamento de Instalaciones Básicas de Ciencias de la Vida de Weizmann; y dos estudiantes de secundaria, Romiel Karliner y Gal Eilon, que fueron seleccionados a través del Programa Alpha, que integra a estudiantes destacados de secundaria en el mundo de la investigación científica.