AMY McDEMONTT, agosto2024
El cambio climático está secando las plantas de dosel, lo que podría significar menos agua para toda la selva tropical
Los ecofisólogos han comenzado a descubrir enorme papel de las epífitas en el movimiento del agua a través de los bosques tropicales, incluso cuando estas orquídeas y helechos se secan.
Es una mañana de finales de mayo en la brumosa ciudad montañosa de Monteverde, Costa Rica, y la ecofisióloga vegetal Sybil Gotsch está escalando un árbol muy alto. Ataviada con un casco rojo y un arnés, utiliza una llave de cuerda y ascendentes para subir por una línea colgante de unos siete pisos de altura. “Estoy justo debajo del dosel en este momento”, dice por walkie-talkie, antes de pasar la pierna por encima de una rama resistente y desaparecer en la espesura verde de la copa. |
| Utilizando modelos y experimentos de campo, los investigadores están
comenzando a comprender la importancia de las epífitas para el ciclo del
agua de la selva tropical y los considerables peligros que enfrentan
estas plantas. Crédito de la imagen: Noah Kane (fotógrafo). |
Escondida bajo el dosel, Gotsch, que trabaja en la Universidad de Kentucky en Lexington, entra en un mundo diferente. Cada rama está cubierta de orquídeas, helechos, bromelias y otras epífitas. Esta mañana, la mayoría parece saludable. Las epífitas son atrevidas y regordetas, a pesar de una rara semana sin lluvia. Pero uno, a la izquierda, llama la atención de Gotsch. Es una especie arbustiva, estrechamente relacionada con el arándano, con tallos largos y ramitas y hojas pequeñas y delgadas. Hoy, parece enfermizo y desigual. Al arbusto se le han caído aproximadamente la mitad de sus hojas, señala Gotsch, una señal segura de estrés por sequía.
Los efectos del cambio climático ya se manifiestan en las altas copas de los árboles del bosque lluvioso. Las epífitas delicadas y sencillas son como un "canario en la mina de carbón", dice Gotsch. Con menos agua las epífitas comienzan a morir, lo que desencadena una cascada de cambios en la recolección y distribución del agua en todo el bosque. El trabajo de campo y los experimentos en invernadero sugieren impactos no solo para Costa Rica, sino también para los bosques de todo el mundo. Las pequeñas plantas de las copas de los árboles ofrecen una ventana y una advertencia de lo frágiles que pueden ser algunos ecosistemas y de cómo los sutiles cambios climáticos pueden, con el tiempo, tener grandes impactos no sólo en la flora, sino también en las personas y animales que dependen de ellos.
Jarras hechas de pétalos
El estilo de vida de las epífitas es lo que las hace tan vulnerables a la desecación. Crecen a partir de esteras de desechos orgánicos que caen sobre las ramas como alfombras peludas. Si las esteras se secan, las epífitas también lo hacen. En circunstancias normales, las plantas de Monteverde no deberían tener que preocuparse por la humedad. Situado en el centro del país, a lo largo de la columna vertebral de la Cordillera de Tilarán, Monteverde es históricamente muy húmedo, con más de 100 pulgadas (250cm) de lluvia por año. El aire es tan frío y húmedo que las nubes bajas se fusionan y se deslizan entre los árboles para crear un ecosistema de bosque nuboso, un tipo de selva tropical de gran altitud.
Pero desde la década de 1970, Monteverde se ha vuelto cada vez más caluroso y el número de días secos se ha cuadruplicado, de 25 a más de 110 (1) Las nubes se elevan más con las corrientes de aire cálido y se alejan del alcance de las epífitas, debido en parte al clima y en parte al cambio de uso de la tierra. Para colmo de males, las tormentas eléctricas, cuando llegan, son más intensas. Las lluvias repentinas y fuertes llenan rápidamente las epífitas y los suelos hasta su capacidad de almacenamiento. Gran parte de la lluvia no penetra nada, sino que corre por la tierra, provocando inundaciones y erosión.
El trabajo de campo y los experimentos de los últimos 10 años muestran que las epífitas de las selvas tropicales de todo el mundo serán las primeras plantas en morir en un clima más cálido y menos predecible: las mismas plantas que desempeñan un papel enorme a la hora de mantener húmeda la selva tropical (para ver un cortometraje, consulte Movie S1). En Monteverde, el dosel de las epífitas absorbe la lluvia, la niebla, la neblina y el rocío, y luego lentamente gotea esa agua hasta el suelo del bosque, ayudando al ecosistema a retener una humedad crucial. La pérdida de estas plantas podría significar el principio del fin de los bosques nubosos, desplazando la región a un hábitat más seco.
En este cortometraje, los investigadores explican por qué se están subiendo a los árboles de la selva tropical para simular los efectos del cambio climático en orquídeas, helechos y otras epífitas.
"Los mismos atributos que han permitido a las epífitas prosperar en las copas de los bosques en lugares como el bosque nuboso de Monteverde ahora las hacen vulnerables", dice Nalini Nadkarni, ecóloga forestal de la Universidad de Utah en Salt Lake City. La capacidad fisiológica de utilizar nutrientes disueltos en la lluvia, la niebla y las nubes permitió a las epífitas prosperar en el dosel. Pero a medida que el cambio climático trae estaciones secas más largas y una menor humedad, esos mismos rasgos hacen que las plantas sean más vulnerables al estrés hídrico y nutricional que las especies con raíces terrestres, dice Nadkarni.
A partir de una década de trabajo, Gotsch, como investigador principal (lider PI), y un equipo de co-PI, incluido Nadkarni, ahora están trepando a 20 árboles alrededor de Monteverde para aprender cómo las pérdidas de epífitas cambiarán el paisaje, tanto de bosques como de pastos. Los sensores colocados en estos árboles miden cómo varían la humedad, la temperatura, la luz solar y otros factores en las copas de los árboles con y sin comunidades de epífitas sanas. Todo es parte de un objetivo general: predecir impactos futuros incorporando estos jardines altísimos en modelos de ciclo del agua en Monteverde, modelos que potencialmente podrían aplicarse también a otros bosques tropicales.
Para escalar 90 pies (27 m), la ecofisióloga vegetal
Sybil Gotsch (centro izquierda) usa una llave de cuerda, un elevador de
pie y un elevador de rodilla, lo que le permite esencialmente caminar
por una cuerda hacia el dosel.Eslabones de una gran cadena
Durante la mayor parte del siglo pasado, los ecologistas no creían que las epífitas fueran muy importantes. Las orquídeas tropicales, los helechos y los musgos no son dañinos para los árboles huéspedes ni tienen beneficios obvios. Para muchos, la sabiduría convencional sostenía que estas plantas proporcionaban hábitats para una variedad de aves, insectos y anfibios, pero no eran particularmente importantes más allá del dosel. Esas ideas "simplemente nunca tuvieron sentido para mí", dice Gotsch. Mientras habla, examina las hojas de una epífita Clusia, una planta grande con follaje en forma de paleta que parece un cruce entre una higuera y un cactus. Es una de los cientos de epífitas que crecen en largas planchas de madera en una ladera de Monteverde en una casa con sombra, similar a un invernadero, pero con un techo y paredes hechas de redes.
Desde 2012, Gotsch ha dirigido un equipo de Estados Unidos y Costa Rica para aprender sobre la biología básica de las epífitas de Monteverde, especialmente cuán vulnerables son a la sequía. Su trabajo incluye más de una docena de estudios. Por ejemplo, el equipo expuso la casa de sombra a una sequía severa que duró un mes y descubrió que las epífitas arbustivas pierden sus hojas, mientras que las suculentas como Clusia drenan sus reservas de agua (2). También han descubierto, de forma tranquilizadora, que la mayoría de las epífitas se recuperan de sequías breves a las pocas semanas de volver a regarlas.
En la naturaleza, sin embargo, no existe tal retorno a la normalidad. Las condiciones más cálidas y secas tienen consecuencias en cadena, incluida una menor cantidad de nubes bajas en los bosques desde México hasta Argentina (3,4). Las epífitas pueden absorber la niebla a través de sus hojas incluso cuando sus esteras de musgo se secan, por lo que perder lluvia y nubes es un doble golpe. De hecho, en un estudio publicado en 2022, el equipo secó epífitas en dos casas de sombra en Monteverde, una inmersa en las nubes y otra a menor altura (5). A las plantas sumergidas en las nubes “les fue mucho mejor”, dice la autora principal Briana Ferguson, asistente de investigación universitaria en el laboratorio de Gotsch en ese momento. Las epífitas en la casa de sombra inferior cierran sus estomas (poros de las hojas que controlan el intercambio de gases) para conservar agua. Al final del experimento de 10 semanas, la mayoría estaba muriendo: "tócalos y se desmoronaron", dice Ferguson. Por el contrario, las epífitas en la casa de sombra nublada mantuvieron sus estomas abiertos y continuaron absorbiendo agua, permaneciendo regordetas e hidratadas. Los hallazgos sugieren que, si bien la pérdida de lluvia es mala, la pérdida de niebla podría ser peor.
La combinación de sequía y especialmente la pérdida de nubes podría explicar por qué las epífitas ya están dejando caer hojas en el dosel local. Los hallazgos han sido tan aprensivos que los ecologistas comenzaron a preguntarse qué significaría la pérdida de epífitas para el resto del bosque, particularmente para el flujo de agua a través del sistema. Las epífitas pueden hincharse hasta un 3000% de su peso seco cuando están mojadas, por lo que potencialmente retienen mucha humedad (6).
Vertiendo el cielo al suelo
Para los hidrólogos, el ciclo del agua es similar a una serie de jarras que se inclinan, cada una de las cuales se llena y se vacía a medida que se vierte en la siguiente: desde las nubes hasta las hojas de los árboles, la corteza y el suelo. Hace apenas unos años, la suposición generalizada, basada en unos pocos estudios, era que las epífitas silvestres siempre estaban empapadas. Si esto fuera cierto, entonces los nuevos aportes de lluvia, niebla, rocío y neblina básicamente fluirían sobre ellos, hasta el suelo. Los hidrólogos no necesitan incluir a las epífitas como un grupo importante.
Gotsch y el ecohidrólogo John Van Stan, de la Universidad Estatal de Cleveland (Ohio), no se lo creyeron. Los tapetes de epífitas secas eran lo suficientemente comunes como para que Gotsch trepara con gafas para evitar que la pelusa suelta le picara los ojos. En un artículo de 2019, ella, Van Stan y sus coautores publicaron datos de sensores de humedad instalados en las copas de los árboles de Monteverde, que demostraban que las epífitas se secaban con frecuencia pocos días después de una lluvia o una niebla intensa (7).
El estudio incluía un modelo dinámico de vegetación llamado LiBry. Calcula la biomasa de epífitas en un lugar determinado a partir de datos climáticos, frecuencia de catástrofes naturales y datos sobre el hábitat, como la superficie arbolada y la superficie foliar. A continuación, introduciendo la capacidad estimada de almacenamiento de agua de las epífitas, su peso y los índices de evaporación conocidos para la región, el modelo simula con qué frecuencia deben empaparse las plantas y con qué frecuencia deben estar secas (6). "Cada hora, obtenemos una estimación de lo lleno que está el cubo de epífitas", dice Van Stan. En consonancia con los datos de campo de Monteverde de Gotsch, LiBry sugirió que la mayoría de las comunidades de epífitas en zonas húmedas pasan alrededor del 15% de su tiempo cerca de la saturación y alrededor de un tercio seco. El agua llena las esteras y se derrama de ellas, "lo que significa que está alimentando otras partes del bosque", dice Van Stan.
Sembrar las semillas del cambio
Si las epífitas son "el conector entre el cielo y la tierra", como dice Gotsch, entonces el ciclo del agua está destinado a cambiar a medida que estas plantas desaparezcan. En 2021, Gotsch y tres colegas recibieron una subvención de cuatro años de la NSF para averiguar cómo.
Pero, ¿cómo estudiar la desaparición de un ecosistema de dosel? Una estrategia: deshacer intencionadamente un poco de él y luego registrar las consecuencias, explica el co-investigador Todd Dawson, fisiólogo de árboles de la Universidad de California en Berkeley, mientras se encuentra entre dos higueras en un pastizal de Monteverde. Una de ellas está cubierta de epífitas. La otra ha sido totalmente despojada de ellas. Ambos árboles están atados con cables e instrumentados con detectores de humedad, anemómetros y otros sensores. Cada 15 minutos, estos diversos instrumentos registran la temperatura, la humedad, la velocidad del viento, la penetración de la luz solar (radiación solar) y la humedad de las hojas del árbol. Captan las condiciones hiperlocales de la copa de ese árbol.
El verano pasado, un equipo de arbolistas e investigadores trepó a este par de árboles y a otros nueve pares alrededor de Monteverde, como parte del mayor experimento de eliminación de epífitas jamás realizado. Un árbol de cada par fue despojado por completo de epífitas, y su corteza fue fregada con un cepillo para botas. El otro árbol se dejó intacto como control. Cada dos semanas, un equipo de técnicos de campo regresaba a cada árbol para tomar los datos de una caja de registro montada en el tronco. Los equipos continuarán monitoreando hasta septiembre antes de pasar al análisis de datos a tiempo completo para comparar las condiciones en las copas de los árboles con y sin epífitas.
Aunque el proyecto aún no ha publicado los resultados, ya se aprecian algunas diferencias en los datos. La velocidad del viento a través de los árboles, la humedad de sus hojas y la penetración de la luz solar en el dosel difieren significativamente entre los árboles experimentales y los de control, dice Gotsch. De pie en el suelo, mirando hacia arriba a las dos higueras, se puede ver. El árbol de control, cubierto de epífitas, es denso, imponente y húmedo. Apenas se cuela la luz del sol. Al otro lado, el árbol despojado parece pertenecer a un parque de la ciudad, con su corteza desnuda y visible.
Las ramas de un árbol de control (derecha) están cubiertas de esteras florales absorbentes. Pero los árboles despojados experimentales (izquierda) no tienen epiphytes, y sus dosel parecen secarse mucho más rápido. Crédito de la imagen: Chris Pyle (fotógrafo).
Sobrevolando las copas de los árboles
Lo ideal sería que los investigadores recolectaran datos de muchos más de 10 pares de árboles, pero los experimentos de desbroce requieren mucho tiempo y son destructivos. Por eso, Dawson utiliza un dron para calcular la distancia que separa grandes franjas de árboles del bosque. Equipado con un sensor térmico y varias cámaras, el dron captura la temperatura, así como el espectro de luz visible y cinco bandas de radiación reflejada que rebota en los árboles. Al pasar en zigzag sobre varios cientos de árboles en tres sitios de investigación, el dron captura la reflectancia espectral del dosel y mide todas las longitudes de onda de la luz que el dosel no absorbe.
En su computadora portátil, en una soleada cabaña en Monteverde, Dawson analiza los datos para calcular, por ejemplo, el contenido de agua en la copa del árbol. La clave: cuantificar la cantidad de luz del espectro del borde rojo, alrededor de 780 nanómetros, que es absorbida o reflejada por la copa de cada árbol. El agua absorbe la radiación del borde rojo con especial fuerza, por lo que Dawson puede extrapolar el contenido de agua de la copa. Es solo una métrica para evaluar cómo está todo el dosel. Combinado con los datos de los 20 árboles desnudos de epititas y los experimentales, el dron puede mostrar un panorama más amplio de cómo pueden comportarse los bosques ante el cambio climático. Todos estos datos se utilizan para construir un modelo hidrológico que simule el flujo de agua desde el cielo, a través del bosque y hasta el suelo. “Estamos muy interesados en el papel que desempeñan las plantas a la hora de alterar la cantidad de agua que llega al suelo y la cantidad que se libera a la atmósfera”, afirma la investigadora principal adjunta Lauren Lowman, ecohidróloga de la Universidad Wake Forest en Winston-Salem, Carolina del Norte.
Las epífitas no habían estado representadas hasta ahora en los modelos hidrológicos. El objetivo es representar la comunidad de epífitas como un balde en el bosque que almacena y vierte agua. Un conjunto de entradas llena el balde y otro conjunto de salidas lo vacía. El agua puede entrar en las epífitas a través de la lluvia, la niebla y el rocío, señala Lowman. El agua sale por evaporación, transpiración o absorción por el árbol huésped. El primer objetivo es representar el proceso de llenado y vaciado de la estera de epífitas, dice Lowman. A continuación, probablemente a partir de este otoño, modelarán la interacción del árbol con la estera de epífitas. Y luego, finalmente, utilizando los datos de los drones en 2025, ella y sus colaboradores esperan modelar muchos árboles interactuando con muchas esteras, para crear modelos hidrológicos a escala regional. Con el tiempo, Lowman y su equipo esperan modelar todo el ciclo del agua de los bosques nubosos de Monteverde y, en última instancia, de cualquier ecosistema donde crezcan epífitas. Describir el cubo de epífitas es solo el primer paso, dice Lowman.
Ríos en el cielo
Si bien el trabajo en Costa Rica es el más extenso de su tipo, una variedad de estudios más pequeños de todo el mundo, incluido el noroeste del Pacífico y Taiwán, también sugieren que las epífitas tienen un papel importante en el almacenamiento de agua en ambientes húmedos (8, 9). A lo largo de las costas chilenas y peruanas, donde el desierto se encuentra con el mar, las tormentas de lluvia son un evento que ocurre una vez cada década. Los cactus, arbustos y árboles sobreviven con la niebla marina y están cubiertos de líquenes y plantas aéreas, epífitas no vasculares. En 2010, el ecólogo de ecosistemas Daniel Stanton extrajo epífitas de un puñado de plantas en varios sitios, dejando cactus y árboles intactos como controles (10). Stanton, que tiene su base en la Universidad de Minnesota en Saint Paul, luego midió la humedad y la temperatura en la superficie de las plantas hospedantes, así como la humedad del suelo en la semana posterior a una rara tormenta de lluvia. Las plantas despojadas estaban más secas, más calientes y más sedientas en la semana posterior a la lluvia. Absorbieron la humedad del suelo a un ritmo cercano al doble de la pérdida de agua registrada por los grupos de control.
Hace tres años, Stanton publicó un trabajo en el que se estimaba la biomasa de musgos y líquenes en campos de Minnesota. Luego convirtió esa biomasa en una estimación del almacenamiento de agua entre las epífitas no vasculares. Encontró que podrían almacenar entre el 5 y el 10% de un evento típico de lluvia (11). “Está al borde de lo suficiente como para que probablemente tenga importancia hidrológica”, dice Stanton. Si las epífitas disminuyeran en Minnesota, por ejemplo, en respuesta al cambio climático, probablemente haría que los bosques fueran “más llamativos”, agrega, lo que significa que el agua se precipitaría directamente al suelo y abandonaría el sistema rápidamente, tal como está sucediendo en Monteverde. Todo esto quiere decir que las selvas tropicales no son los únicos lugares que probablemente cambiarán si las epífitas desaparecen.
Llama la atención porque bosques más secos tienen serias consecuencias para las personas que viven cerca. Las tormentas eléctricas más intensas causan inundaciones. Menos agua se filtra lentamente en el nivel freático y los acuíferos. Las comunidades circundantes sienten la presión sobre su suministro de agua.
¿Qué se puede hacer? La respuesta sencilla: más árboles nativos. Sus raíces estabilizan el suelo, lo que frena la erosión, y sus hojas ayudan a retener algo de humedad en el bosque. La Fundación Costarricense para la Conservación, una organización sin fines de lucro, ya dona árboles nativos a los agricultores sin costo alguno. "Nuestra principal misión es reemplazar los bosques lo más cerca posible de su estado natural", dice la bióloga conservacionista Debra Hamilton, cofundadora de la organización. En los últimos 26 años, ha regalado 300.000 árboles, a lo largo de toda la vertiente del Pacífico de Costa Rica. Los técnicos forestales, todos locales y autodidactas, recogen las semillas nativas y cuidan los árboles jóvenes, incluidos algunos de especies en peligro de extinción, en viveros. Luego, los propietarios de las granjas vienen a recogerlos, a menudo para cortavientos en granjas de ganado o para reforestar pastizales abandonados.
Aunque reemplazar el hábitat es el objetivo principal, plantar árboles también puede ayudar a hacer frente a la pérdida de epífitas. Las nuevas raíces de los árboles ayudan a estabilizar las laderas y a frenar el chorro de agua que se escurre de las montañas. “Necesitamos que estos árboles altos que están surgiendo capten toda la humedad que puedan del aire que pasa”, dice Hamilton.
Estudiar un sistema que ya está afectado por el clima “realmente me obliga a pensar en formas en las que podemos contribuir a las soluciones”, dice Gotsch. Espera que documentar las pérdidas de epífitas sea un primer paso para lidiar con los efectos perniciosos del cambio climático. Si su investigación ayuda a la comunidad de Monteverde a anticipar, digamos, una pérdida del 10% del almacenamiento de agua en la región, eso da al menos una base para los esfuerzos de mitigación, dice. Esta última subvención se extenderá hasta 2025.
Es la tarde después de su escalada/trabajo de mayo, y Gotsch está de pie en la entrada de su casa de Monteverde. Por fin, comienza a llover. Las gotas caen sobre los aleros y la grava y, a lo lejos, las nubes brumosas se aglutinan entre los picos de las montañas. Aquí el agua está presente en todas partes. Las preguntas sobre qué será de ella son especialmente obvias, dice Gotsch, “en los bosques nubosos tropicales montañosos hiperverdes, hipermusgosos e hiperhúmedos”. Pero esas mismas preguntas se aplican en todo el mundo. “Los problemas”, dice, “son los mismos en todas partes, creo”.
Y si el invierno sigue calentándose más deprisa que el verano en gran parte de EE. UU., es posible que no se cumpla el tiempo de exposición al frío que necesita un árbol en su periodo de latencia invernal, lo que provocará que algunos árboles no lleguen a florecer en primavera.
