Un planeta más cálido, plantas menos nutritivas y… ¿menos saltamontes?

Los niveles más altos de dióxido de carbono están modificando los micronutrientes en pastizales, árboles e incluso en algas marinas. ¿Qué significa eso para los animales que se encuentran más arriba en la cadena alimentaria?

Por Amber Dance / Traducido al español por Daniela Hirschfeld

Es difícil la vida para un saltamontes hambriento en las praderas de Kansas. Hay mucho pasto para comer, pero el pasto de este siglo ya no es lo que solía ser. Es menos nutritivo y deficiente en minerales como hierro, potasio y calcio.

En parte debido a esa dieta deficiente en nutrientes, últimamente ha habido una gran disminución en la cantidad de saltamontes, alrededor de un tercio en dos décadas, según un estudio de 2020. La pradera no está tan animada como antes —y uno de los principales culpables es el dióxido de carbono, dice el autor del estudio Michael Kaspari, ecologista de la Universidad de Oklahoma, en Norman—.

El dióxido de carbono atmosférico está en su punto más alto en la historia humana. Eso probablemente sea bueno para plantas como los pastos que comen los saltamontes. Estos pastos pueden convertir ese carbono atmosférico en carbohidratos y dar lugar a más plantas —de hecho, los biólogos especializados en plantas alguna vez pensaron que todo ese dióxido de carbono adicional simplemente supondría cultivos con mejores rendimientos—. Pero los experimentos en cultivos expuestos a altos niveles de dióxido de carbono indican que muchas plantas usadas como alimentos contienen menos de otros nutrientes que bajo las concentraciones de dióxido de carbono del pasado. Varios estudios encuentran que los niveles de nitrógeno de las plantas, por ejemplo, han disminuido, lo que indica un menor contenido de proteína vegetal. Algunos estudios sugieren que las plantas también pueden ser deficientes en fósforo y en otros oligoelementos.

La idea de que las plantas en la era actual rica en dióxido de carbono contendrán menos de ciertos otros elementos —un concepto que Kaspari clasifica como dilución de nutrientes— ha sido bien estudiada en plantas usadas para el cultivo. En tanto, la dilución de nutrientes en los ecosistemas naturales está menos investigada, pero los científicos han observado qué sucede en varios lugares, desde los bosques de Europa hasta los bosques de algas en el sur de California. Ahora, investigadores como Kaspari están comenzando a examinar los efectos secundarios, para ver si los herbívoros que comen esas plantas, como los saltamontes y los mamíferos forrajeros, se ven afectados.

Los escasos datos ya presentes sugieren que la dilución de nutrientes podría causar problemas generalizados. “Creo que estamos ante las primeras señales de una situación de peligro inminente”, dice Kaspari.

¿Comida de menor calidad?

Está claro que el aumento de los niveles de dióxido de carbono cambia la composición de las plantas de varias maneras. Los científicos han realizado estudios durante años en los que bombean dióxido de carbono sobre los cultivos para aumentar artificialmente su exposición al gas, y luego analizan las plantas para determinar el contenido de nutrientes. Un análisis a gran escala halló que aumentar el dióxido de carbono en aproximadamente 200 partes por millón aumentó la masa vegetal en el entorno 18 %, pero a menudo redujo los niveles de nitrógeno, proteínas, zinc y hierro.

Los vegetales como la lechuga y los tomates pueden ser más dulces y sabrosos debido a los azúcares añadidos ricos en carbono, pero pierden entre 10 % y 20 % de las proteínas, y el contenido de nitratos, magnesio, hierro y zinc que tienen en condiciones con menos carbono, según otro estudio extenso. En promedio, las plantas pueden perder alrededor de 8 % de su contenido mineral en condiciones de dióxido de carbono elevado. Kaspari compara el efecto con cambiar una nutritiva ensalada de kale por un plato de lechuga iceberg baja en nutrientes.

Los científicos aún no saben exactamente cómo el dióxido de carbono adicional genera cambios en todos estos otros nutrientes. Kaspari, quien hizo referencia a la importancia de los micronutrientes como el calcio y el hierro en los ecosistemas en el Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics de 2021, sugiere que es una simple cuestión de proporciones: el carbono aumenta, pero todo lo demás permanece igual.

Lewis Ziska, fisiólogo de plantas de la Escuela de Salud Pública Mailman de la Universidad de Columbia, en Nueva York, piensa que es más complicado que solo hablar de proporciones. Por ejemplo, en el estudio de los vegetales, el dióxido de carbono elevado aumentó la concentración de ciertos nutrientes, como el calcio, aunque limitó los niveles de otros.

Un factor que contribuye a esto podrían ser las pequeñas aberturas de las plantas, llamadas estomas, a través de las cuales absorben el dióxido de carbono que usan para producir azúcares y el resto de sus estructuras. Si hay mucho dióxido de carbono en el ambiente, no necesitan abrir los estomas con tanta frecuencia ni durante tanto tiempo. Eso significa que las plantas pierden menos humedad por evaporación a través de esas aberturas. El resultado podría ser que haya menos líquido subiendo por el tallo desde las raíces, y dado que ese líquido transporta elementos como metales del suelo, menos de esos oligoelementos llegarían a los tallos y las hojas.

Científicos también han postulado que cuando el dióxido de carbono es alto, las plantas son menos eficientes para absorber minerales y otros elementos porque las moléculas de la raíz que normalmente los atraen están funcionando a menor capacidad. Probablemente hay múltiples procesos en juego, dice Ziska. “No es un mecanismo único para todos”.

Lo que sea que esté sucediendo en estos cultivos bien estudiados es presumiblemente lo mismo que está ocurriendo en los árboles, las malezas y otras especies no agrícolas, dice Kaspari. “Si le está sucediendo al suministro de alimentos humanos, le está ocurriendo a todos los demás”.

Varios estudios sugieren que Kaspari tiene razón. Por ejemplo, pese a que los agricultores agregan fertilizante nitrogenado a las tierras de cultivo y ese nitrógeno luego se escurre en los cursos de agua o áreas silvestres vecinas, la disponibilidad de nitrógeno está disminuyendo en una variedad de ecosistemas no agrícolas. En un análisis, investigadores examinaron los niveles de nitrógeno en más de 43.000 muestras de hojas recolectadas en varios estudios entre 1980 y 2017. Los niveles de dióxido de carbono atmosférico aumentaron casi 20 % durante ese período, y las concentraciones de nitrógeno en las hojas disminuyeron 9 %. Asimismo, la concentración de minerales también se ven afectadas: los científicos que estudiaron árboles en Europa entre 1992 y 2009 observaron una caída en la cantidad de varios minerales, incluidos calcio, magnesio y potasio, en al menos algunas de sus muestras de hojas.

Los científicos también pueden examinar muestras guardadas en museos y herbarios para estudiar cómo ha cambiado el contenido de nutrientes en las plantas a medida que aumentan los niveles de dióxido de carbono en el planeta. Ziska y sus colegas hicieron eso con la vara de oro (también llamada solidago), una fuente de alimento clave para las abejas. Usando colecciones del Museo de Historia Natural del Smithsonian, en Washington D.C., analizaron el polen desde 1842, justo antes de la Revolución Industrial de EE.UU. En ese momento, el nivel de dióxido de carbono era de 280 partes por millón; en la actualidad es poco más de 420.

El contenido de proteínas del polen y, por lo tanto, su nivel nutritivo, disminuyó con el paso del tiempo en aproximadamente un tercio, hallaron los científicos. Los experimentos modernos de Ziska con la vara de oro cultivada bajo niveles de dióxido de carbono de hasta 500 partes por millón confirmaron que más dióxido de carbono produce polen deficiente en proteínas. Aunque todavía no está claro qué significa esto para las abejas, probablemente no sea bueno, dice Ziska.

Los resultados son sorprendentes, en particular en comparación con los estudios de cultivos que no se basan en grandes conjuntos de datos históricos, dice Samuel Myers, investigador principal de la Escuela de Salud Pública T.H. Chan de Harvard, quien ha investigado el vínculo entre la salud de los polinizadores y la nutrición humana.

Pastizales exuberantes, pero con calorías vacías

Animales como las abejas necesitan más que proteínas de su dieta; también necesitan micronutrientes. Ciertos minerales, como el sodio, son más importantes para los animales que para las plantas, señala Kaspari. Muchas plantas están bien sin nada de sodio, pero los animales necesitan sodio para que el cerebro y los músculos funcionen correctamente. (Por eso los ciervos visitan las salinas, y los atletas beben Gatorade). Muchas plantas parecen sobrevivir sin yodo, pero los animales dependen de él para las funciones de la glándula tiroides.

La dilución de nutrientes, entonces, podría afectar a los herbívoros de muchas maneras y podría estar contribuyendo a una caída reportada, aunque controvertida, en la cantidad de insectos, lo que a veces se conoce como el “apocalipsis de los insectos”, dice Andrew Elmore, ecólogo del Centro de Ciencias Ambientales de la Universidad de Maryland, en Frostburg. “Cuando los insectos están nutricionalmente estresados no crecen tan rápido y, por lo tanto, no alcanzan la madurez tan rápido, no se reproducen tan rápido y el tamaño de la población puede disminuir”, dice Elmore.

El estudio de Kaspari en los saltamontes de Kansas, publicado en 2020, fue el primero en vincular la dilución de nutrientes en las plantas con una disminución notable de la población de insectos. El trabajo se centró en Konza Prairie, un área natural al noreste de Kansas que se ha reservado para investigar el ecosistema de las praderas de pastizales altos. Konza presenta arbustos y árboles, además de pastizales, y es el hogar de roedores, pájaros, lagartijas y ciervos.

Kaspari y sus colegas accedieron a más de tres décadas de datos sobre la vida vegetal de la pradera y las poblaciones de saltamontes —se habían hecho muestreos de más de 93.000 de estos insectos—. La biomasa vegetal aumentó, principalmente debido a una duplicación de la biomasa del pastizal, desde mediados de la década de los años ochenta hasta 2016. Eso suena como un gran banquete para los saltamontes, pero sus poblaciones disminuyeron en más de 2 % cada año, según detectaron los investigadores. Kaspari y sus colegas creen que la razón radica en los pastizales: varios elementos dentro de los pastizales que necesitan los saltamontes —nitrógeno, fósforo, potasio y sodio— disminuyeron durante el mismo período.

Si bien otros aspectos del clima y los fenómenos meteorológicos sin duda tuvieron un impacto en la cantidad de saltamontes, los investigadores estimaron que la dilución de nutrientes fue responsable de alrededor de una cuarta parte de la disminución de estos insectos.

Hay indicios de que las criaturas que se encuentran más arriba en la cadena alimenticia —los depredadores de los saltamontes— también podrían verse afectadas. Alice Boyle, ecóloga de aves de la Universidad Estatal de Kansas en la ciudad de Manhattan, dice que sus datos aún no publicados de la reserva Konza Prairie muestran que cuando los investigadores contaron ejemplares machos del chingolo saltamontes (Ammodramus savannarum) en áreas específicas a lo largo del tiempo, la población de estas aves se redujo de unos 65 en 1980 a menos de 20 en 2021. La especie podría desaparecer de la pradera dentro de 100 años, afirma Boyle.

Los saltamontes son los principales insectos devoradores de hierba en pastizales como los de Konza, pero también lo son los animales más grandes que pastan en la pradera. Se sabe poco acerca de los efectos de la dilución de nutrientes en los grandes herbívoros como los ciervos, pero como evidencia de lo que podría estar pasando, Kaspari señala a sus “primos urbanos”: el ganado.

Para investigar la posible dilución de nutrientes en las dietas del ganado, Elmore y sus colegas aprovecharon un conjunto de datos de larga data sobre estiércol de vaca de Texas A&M Agrilife Research, en Temple. Allí, el ecólogo de pastizales Jay Angerer, que ahora trabaja en el Departamento de Agricultura de EE.UU., ayudó a los ganaderos preocupados por la nutrición de sus animales analizando las heces de las vacas —una práctica que le ha proporcionado más de 36.000 mediciones durante más de 22 años—. Los investigadores encontraron que desde 1994, cuando los niveles de dióxido de carbono eran de alrededor de 360 partes por millón, la concentración de proteína cruda en las muestras de boñiga de vaca se redujo en casi 10 %.

Estos estudios pintan una imagen de los pastizales estadounidenses que se han convertido en desiertos verdes, repletos de una exuberante vida vegetal que ofrece calorías vacías. Cómo se desarrollan los efectos entrelazados del alto contenido de dióxido de carbono, las plantas y los animales que se alimentan de ellas en otros ecosistemas es algo que aún queda por verse. Estudios que apuntan a aclarar lo que está sucediendo están en desarrollo: por ejemplo, una gran colaboración llamada Nutrient Network está investigando el presupuesto de nutrientes de los pastizales y las poblaciones de herbívoros en todo el mundo, con el fin de comprender mejor los vínculos entre la producción y diversidad de plantas y la influencia de los herbívoros. La Reserva Científica del Ecosistema Cedar Creek, en la Universidad de Minnesota, ha estado analizando cómo los ecosistemas están respondiendo al cambio ambiental, incluido el alto nivel de dióxido de carbono, durante más de cuatro décadas.

Los diversos efectos del cambio climático en los ecosistemas naturales hacen que sea difícil saber cuánto preocuparse. Algunos organismos podrían obtener una ventaja, mientras otros resulten en el lado perdedor. Por ejemplo, los saltamontes que estudió Kaspari parecen estar sufriendo un revés, sin embargo, otros saltamontes —específicamente, las langostas que dañan los cultivos— parecen beneficiarse de una dieta menos rica en nutrientes.

“Eso es lo que me quita el sueño; la complejidad del experimento global que ahora estamos llevando a cabo en el ecosistema”, dice Myers, que también es director de Planetary Health Alliance, un consorcio que investiga los impactos de la degradación ambiental en la salud humana. “No tenemos idea de cuáles son las implicancias”.

Este artículo apareció originalmente en Knowable en español, una publicación sin ánimo de lucro dedicada a poner el conocimiento científico al alcance de todos. Suscríbase al boletín de Knowable en español