Cómo la retroalimentación planta-suelo afecta la diversidad ecológica

FLICKR, GORDON ROBERTSON La retroalimentación planta-suelo es la idea de que a medida que las plantas crecen en el suelo, cambian el suelo y que el suelo, a su vez, afecta su crecimiento. Cuando el suelo que rodea a una planta determinada promueve el crecimiento de plantas conespecíficas, la retroalimentación planta-suelo es positiva. Pero cuando el suelo desalienta el crecimiento de plantas conespecíficas, la retroalimentación es negativa. En estudios independientes publicados en Science hoy (12 de enero), los investigadores examinaron cómo los hongos micorrízicos, que viven dentro y alrededor de las raíces de las plantas y ayudan a las plantas a recolectar nutrientes, afectan la diversidad de la población de plantas.

Ambos grupos utilizaron experimentos de invernadero para modelar la retroalimentación planta-suelo, examinando plantas con diferentes simbiosis microbianas y estrategias de recolección de nutrientes. François Teste de la Universidad de Australia Occidental e IMASL-CONICET/UNSL en San Luis, Argentina, y sus colegas usaron los datos resultantes para predecir cómo las relaciones de retroalimentación planta-suelo podrían afectar la diversidad de plantas a largo plazo. Mientras tanto, Jonathan Bennett de la Universidad de Columbia Británica, Canadá, y colegas…

El mensaje final es que estos mecanismos subterráneos que, en general, llamamos mecanismo de retroalimentación planta-suelo[ son] importantes para impulsar la diversidad de las plantas locales, dijo Teste a The Scientist.

Lo sabíamos antes. . . que hay un rango en la dirección en la fuerza de la retroalimentación, dijo a The Scientist la ecologista Justine Karst de la Universidad de Alberta en Canadá, quien no participó en ninguno de los estudios pero ha colaborado previamente con Teste y Bennett. Lo nuevo es que [esta retroalimentación] varía según el tipo de micorriza específicamente y, de manera más general, según la estrategia de adquisición de nutrientes [de la planta].

Ambos grupos examinaron cómo los microbios del suelo y las estrategias de recolección de nutrientes de las plantas impactan en las plantas. retroalimentación del suelo y, a su vez, cómo la retroalimentación planta-suelo afecta la diversidad de la población de plantas.

Trabajando en un matorral ecológicamente diverso en el suroeste de Australia, el equipo de Testes recolectó el suelo que rodea las plantas que recolectan nutrientes utilizando diferentes estrategias: simbiosis con nitrógeno -bacterias fijadoras, simbiosis con uno de los tres tipos de hongos micorrízicos y absorción de nutrientes sin mediación microbiana a través de las ramas laterales de la raíz. Luego, los investigadores mezclaron y combinaron especies de plantas con diferentes estrategias de adquisición de nutrientes en el suelo recolectado alrededor de plantas de estos diferentes tipos. Para probar la retroalimentación, cultivaron cada especie en suelo recolectado debajo de plantas de la misma especie o de una diferente en un invernadero. Al mismo tiempo, también cultivaron cada especie en suelos recolectados de plantas que usan las mismas o diferentes estrategias de recolección de nutrientes. Después de nueve meses, los investigadores midieron y compararon el crecimiento de las plantas (por peso) en todos los grupos. A partir de esos datos del experimento de invernadero, el equipo simuló las interacciones planta-suelo en un experimento de campo a largo plazo.

El grupo descubrió que las plantas fijadoras de nitrógeno y sin raíces en racimo exhibían una retroalimentación planta-suelo negativa. : estos ejemplares crecieron más en suelo de otras especies que en el propio. Por otro lado, las plantas ectomicorrícicas (EM) exhibieron una fuerte retroalimentación positiva.

El caso de las plantas micorrícicas arbusculares (AM) es más complicado. Considerando la retroalimentación como una comparación del crecimiento en suelos conespecíficos o heteroespecíficos, las plantas AM exhibieron una retroalimentación neutral. Considerando la retroalimentación como una comparación del crecimiento de las plantas en el suelo de una especie o en un suelo estéril, las plantas AM exhibieron una retroalimentación positiva, explicó Teste. (De hecho, las plantas crecieron mejor en su propio suelo que en suelo esterilizado, lo que sugiere que las micorrizas arbusculares promovieron el crecimiento, una señal de retroalimentación positiva, dijo Teste).

Los investigadores usaron sus datos de simulación para predecir qué tan diferentes las combinaciones de microbios del suelo podrían afectar la diversidad de la población de plantas, encontrando que una mezcla de suelos conespecíficos y heteroespecíficos condujo a la mayor variación en general. En su artículo, los autores señalaron que este hallazgo no se ajusta a la teoría de que la diversidad de las poblaciones de plantas surge a través de la retroalimentación negativa. Es decir, si una especie de planta domina una región, esa área estará cargada de patógenos específicos de la especie, que probablemente sofocarán el crecimiento futuro de esa especie y, por lo tanto, promoverán la diversidad de la población.

Over in North América, el equipo de Bennett examinó la retroalimentación planta-suelo en poblaciones de árboles que usan estrategias de recolección de nutrientes AM y EM. El equipo recolectó muestras de suelo y árboles de 550 ubicaciones en los EE. UU. y partes de Canadá. En el laboratorio, los investigadores probaron si las especies crecían mejor en su propio suelo o en el suelo que rodeaba a otras especies. Al igual que el grupo Testes, el equipo de Bennett descubrió que las plantas EM mostraban una retroalimentación positiva. Sin embargo, Bennett y sus colegas encontraron que las plantas de AM mostraban una retroalimentación negativa. ¿Es este un resultado de . . . tamaño de la muestra, o se trata de algo relacionado con la ubicación? Karst preguntó, comentando sobre estos resultados contradictorios.

Bennett y sus colegas luego exploraron si estos comentarios de la planta y el suelo se traducirían en el campo. ¿Sería más probable que los congéneres crecieran alrededor de los árboles EM y menos probable que prosperaran alrededor de los árboles AM? Para averiguarlo, los investigadores primero definieron un árbol AM o EM como la especie focal (especie X) y luego contaron la cantidad de retoños conespecíficos que crecieron debajo del dosel de los árboles. Luego contaron el número de árboles jóvenes de la Especie X que crecían bajo un árbol heteroespecífico cercano, comparando los dos valores. Los investigadores repitieron este proceso para cinco especies de árboles EM y cinco especies de árboles AM, 10 poblaciones por especie. Como se esperaba, el crecimiento de una especie EM dada alrededor de árboles conespecíficos fue un 40 % mayor que su crecimiento alrededor de árboles heteroespecíficos, mientras que el crecimiento de una especie AM dada se redujo en un 30 % cerca de árboles conespecíficos en comparación con su crecimiento alrededor de árboles heteroespecíficos.

Parte de la comprensión de los mecanismos subyacentes que impulsan estas diferencias en la retroalimentación planta-suelo. . . será identificar a los jugadores, dijo Karst. En ambos documentos, no conocemos la identidad de los microbios que estaban presentes en los suelos o que colonizaban estas raíces. . . . En última instancia, también queremos observar esa comunidad microbiana y ver quién está allí.

Bennett estuvo de acuerdo. Existe cierta variación dentro de estos grupos [de plantas] que no solo se explica por el tipo de micorrizas, dijo, y señaló que ocasionalmente las especies EM y AM dentro del estudio tenían una retroalimentación neutral o incluso contraria a la tendencia de su grupo de micorrizas. En el futuro, lo que me gustaría hacer es explicar más de esta variación, porque comprender más de esa variación hará que sea mucho más fácil para nosotros comprender y predecir cómo las plantas responden a los suelos y cómo las poblaciones pueden cambiar a medida que cambia el medio ambiente.

J. Bennett et al., Las retroalimentaciones planta-suelo y el tipo de micorriza influyen en la dinámica de la población de los bosques templados, Science, doi:10.1126/science.aai8212, 2017. 

F. Teste et al., Retroalimentación planta-suelo y mantenimiento de la diversidad en matorrales de clima mediterráneo, Science, doi:10.1126/science.aai8291, 2017.   

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