En esta publicación, Audrey Barker Plotkin de la Universidad de Harvard nos habla sobre su última investigación en la que estudia cómo los insectos invasores pueden matar de hambre a los árboles y la importancia de proteger los bosques templados.
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Audrey Barker Plotkin seleccionando robles para estudio en bosques defoliados por Lymantria dispar. Crédito de la foto: Valerie Pasquarella
Soy ecóloga forestal con base en Harvard Forest en el noreste de los Estados Unidos. Debido a los altos niveles de comercio mundial y cobertura forestal, nuestra región es especialmente vulnerable a la introducción de insectos forestales. Por lo tanto, uno de mis principales temas de investigación es explorar las consecuencias de los brotes de insectos en la estructura y función de los bosques. Recientemente fuimos testigos de un brote severo de una polilla deshojadora que terminó matando muchos robles maduros. Me interesa saber por qué algunos árboles murieron y otros sobrevivieron. Una causa de muerte aparentemente obvia es que cuando los insectos comen las hojas de un árbol, sus órganos productores de azúcar, el árbol reduce sus reservas de energía y ese árbol puede morir de hambre si esas reservas son demasiado bajas. Esta hipótesis de “hambruna de carbono” tiene mucho sentido, pero el trabajo anterior no da una respuesta clara, ya que algunos estudios encontraron que los árboles morían mucho antes de que se agotaran sus reservas, en parte debido a factores estresantes adicionales como la sequía. Además, la mayoría de los estudios anteriores solo tomaron muestras de los árboles sobrevivientes.
Modelo conceptual de la hipótesis que examinamos.
Para responder a esta pregunta, trabajé con un equipo de colaboradores, incluyendo un entomólogo, un ecólogo fisiológico y un experto en teledetección. Basándonos en imágenes satelitales, identificamos sitios con intensidad variable de defoliación durante el brote. Incluimos árboles que crecían en una gran cuenca boscosa, junto con árboles que crecían en los bordes del bosque, como a lo largo de las carreteras. Visitamos cada árbol para evaluar cuántas de sus hojas fueron masticadas por las orugas, y luego regresamos en el invierno para averiguar cómo se relacionaba eso con los almidones y azúcares almacenados en los árboles.
Para medir los azúcares y almidones almacenados (conocidos colectivamente como carbohidratos no estructurales), recolectamos pequeñas muestras de madera de tallos y raíces de roble. La campaña de muestreo de mediados de invierno incluyó picar hielo y nieve – y en algunos casos enredaderas de hiedra venenosa- para tomar muestras de las raíces de los robles. El muestreo en el verano habría sido más simple, pero dado que las reservas de carbohidratos fluctúan estacionalmente, el muestreo en pleno invierno fue el mejor momento para comprender qué habían almacenado los árboles para alimentar (o no) las hojas en la primavera. ¡Así fue como terminé con una erupción severa por hiedra venenosa en medio de un invierno en Nueva Inglaterra!
Lymantria dispar (la oruga que se muestra aquí) es uno de los insectos invasores más destructivos de América del Norte. La defoliación por este insecto puede matar los robles agotando las reservas de energía de los árboles. Crédito de la foto: Nathan Oalican.
Mi increíble co-autora Meghan Blumstein, una ecóloga fisiológica con experiencia en la dirección de estudios de carbohidratos no estructurales, tomó las muestras y extrajo los azúcares y almidones. El protocolo del laboratorio incluía una serie de extracciones químicas y un nuevo espectrofotómetro, junto con elementos más familiares, incluyendo una freidora moderna. Blumstein procesó todas las muestras en un maratón de ocho días de 15 horas durante el verano del 2020, ya que el acceso al laboratorio fue extremadamente limitado durante el punto alto de la pandemia.
Meghan Blumstein recolecta una muestra de raíz de un roble en febrero de 2019. Crédito de la foto: Audrey Barker Plotkin
Toda esa dedicación al proyecto dio sus frutos; en nuestro nuevo estudio publicado en Functional Ecology, demostramos que la defoliación cada vez más severa reduce las reservas de energía – a veces hasta cero- lo que proporciona evidencia directa de que los árboles estresados pueden morir de hambre.
Los árboles al borde del bosque tenían niveles más altos de azúcar y almidón los cuales eran menos sensibles a la defoliación que los árboles del interior del bosque. Los árboles del borde del bosque pueden ser más resistentes a los efectos de la defoliación porque reciben más luz, pero en cambio puede ser el resultado de un historial de defoliación algo diferente entre los sitios boscosos y los del borde. Estaría interesada en estudios futuros que exploren esto más profundamente.
Todos los árboles que murieron tenían reservas de energía extremadamente bajas (<1,5% del peso seco de azúcares y almidones en sus raíces y tallos), lo que proporciona evidencia empírica de que estos árboles murieron de hambre. Nos sorprendió que los árboles pudieran sobrevivir con reservas tan bajas, ya que no solo se utilizan como combustible de respaldo para producir un nuevo conjunto de hojas, sino que también participan en el transporte de agua, defensa, tolerancia a la congelación y muchas otras funciones fisiológicas básicas.
Nuestros hallazgos mejorarán los pronósticos del cambio global y ayudarán en el objetivo de las intervenciones de gestión. Ahora que tenemos una mejor comprensión de lo que hace que un árbol individual viva o muera después de la defoliación, estoy trabajando para comprender mejor los factores de riesgo de mortalidad a nivel del sitio y para cuantificar cuánto esta pérdida de robles disminuirá la productividad forestal y alterará el bosque en el futuro.
El roble es una de las principales especies de árboles a nivel mundial y domina gran parte de los bosques del sur de Nueva Inglaterra. Sus bellotas son importantes para la vida silvestre, es un impulsor primordial del sumidero de carbono de los bosques templados y es un árbol de madera muy valioso. Espero que este trabajo nos ayude a comprender mejor los riesgos hacia este árbol y a informar sobre el trabajo para aumentar la resiliencia del bosque de robles.
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