02 julio 2022

Reino Plantae Vol. I: El reinado del Sol

El Reino Plantae y el Reino Animal, fueron definidos por Aristóteles en el año 350 A.C, se trataba de los primeros reinos que se creaban en la clasificación de los seres vivos. El filósofo delimitó estos dos grandes grupos en base a similitudes y diferencias en su estructura y apariencia. Uno de los criterios empleados por Aristóteles era si la sangre es de color rojo o no; hoy en día la definición se ha complicado algo más...

No existe un gran acuerdo a la hora de delimitar este reino, la versión más restrictiva afirma que el reino Plantae son un grupo monofilético eucariota multicelular y fotosintético de plantas terrestres, que descienden de las primeras algas verdes que lograron colonizar la superficie terrestre, lo que comúnmente denominamos "vegetales".

Algunas de las características más comunes son:

  • Son organismo fotosintéticos, Absorben la energía del sol a través de la clorofila presente en los cloroplastos, y con ella realizan la fotosíntesis, mediante la cual convierten sustancias inorgánicas simples en materia orgánica compleja que necesitan para subsistir.
  • Como resultado de la fotosíntesis liberan oxígeno, que nos viene de perlas a los animales para respirar.
  • No tienen capacidad locomotora, aunque puedan moverse en ocasiones (como los girasoles), no pueden desplazarse.
  • A pesar de no poder desplazarse, si que reaccionan al medio, orientan su crecimiento hacia la luz y exploran el medio ambiente que las rodea (sobre todo mediante las raíces) con el fin de absorber nutrientes esenciales que utilizan para construir otras moléculas.

Una definición más amplia, abarcaría a todos los descendientes del Primoplantae, el primer organismo eucariota fotosintético que adquirió cloroplastos. ¿Pero quien fue este primer ancestro?

Orígenes:

En taxonomía, Archaeplastida o Primoplantae es uno de los grupos principales dentro del dominio Eukarya (o eucariota, en castellano), comprende unas 310.000 especies distintas y abarca cuatro subgrupos bastante definidos: las algas verdes y plantas terrestres (Viridiplantae), las algas rojas (Rhodophyta), un grupo poco conocido de algas unicelulares (Glaucophyta), hasta un género de proto-algas recientemente descubierto (Rhodelphis). Se le suele otorgar categoría de reino y en algunos sistemas de clasificación como el de Cavalier-Smith (1998) equivale al reino Plantae.

Los restos fósiles más antiguos que se conocen del grupo Archaeplastida tienen unos 1600 millones de años y serían unas algas rojas (Rafatazmia y Ramathallus).​ En el subgrupo Viridiplantae, el fósil más antiguo corresponde a un Proterocladus, un alga verde que vivió hace 1000 millones de años.​ Sin embargo, el análisis de relojes moleculares calibrados usando los fósiles más antiguos de cada subgrupo permiten remontar la aparición de Archaeplastida al Paleoproterozoico, hace unos 2000 millones de años.

La aparición de las plantas sobre la Tierra se debió un proceso de simbiogénesis entre un protista y una bacteria. Explicado de un modo muy campechano tenemos por un lado las bacterias, organismos compuestos por células procariotas que presentan un ADN pequeño y circular que se encuentra disperso en el citoplasma, ya que no cuentan con núcleo celular. Su única membrana es la membrana celular y se reproducen por fisión binaria (la célula crece y se divide en dos); son organismos microscópicos con poca o nula movilidad que sin embargo se reproducen muy rápidamente. Dentro de las bacterias, nos interesa el grupo de las cianobacterias (o algas verdeazules), que son uno de los grupos bacterianos en los se da la fotosíntesis y los responsables de la mayor parte del oxígeno que respiramos. 

Estructura interna de una cianobacteria

Los protistas son eucariontes (células con núcleo verdadero), normalmente unicelulares y microscópicos, que poseen células más grandes y complejas: tienen múltiples cromosomas de ADN lineal en su núcleo, organelas membranosas con especialización del trabajo, una estructura rígida interna llamada citoesqueleto y se reproducen por mitosis o meiosis. Todos los organismos eucariotas provienen de un ancestro que poseía mitocondrias, esta mitocondria fue incorporada por endosimbiosis con una bacteria y se convirtió en la encargada de la respiración celular. Además, todos los eucariotas capaces de realizar fotosíntesis lo hacen gracias a otra al cloroplasto, que ancestralmente fue una antigua cianobacteria que, al igual que las mitocondrias, fue incorporada por endosimbiosis. 

Proceso de endosimbiosis de una cianobacteria por un eucariota (Wikipedia)

Dicho de otro modo, tenemos un protista que originalmente fagocitó a una bacteria (probablemente con el fin de alimentarse de ella o como parásito), sin embargo, en lugar de degradarla y descomponerla, pasó a convivir con ella, iniciando una relación simbiótica en la que la bacteria sigue reproduciéndose por su cuenta pero integrada dentro de la célula huésped, perdiendo su independencia. 

Hoy en día, esta relación simbiótica es vital para la mayoría de las plantas. Las mitocondrias y los cloroplastos, al igual que las bacterias de las que se originaron, conservan su ADN tipo procariota (pequeño y circular) y conservan una reproducción similar (fisión binaria), sin embargo han renunciado a su libertad para suministrar energía a un organismo mayor y más fuerte. 

El día en que un protista engulló una cianobacteria y la convirtió en su cloroplasto se formó un nuevo linaje, este nuevo organismo junto con sus descendientes formaría el clado Primoplantae o Archaeplastida, que comprende a todas las plantas terrestres y a las algas que existen en la actualidad. 

Sin embargo, no todas las plantas seguirían el mismo camino, algunos eucariotas poseen cloroplastos tras engullir no a una cianobacteria sino a un "alga verde" o alga roja que ya tenía cloroplastos (una especie de endosimbiosis secundaria). La adquisición de las mitocondrias y los cloroplastos no fueron los únicos eventos de endosimbiosis, muchos organismos modernos tienen bacterias intracelulares simbióticas, lo que nos indica que este tipo de relaciones no son raras ni infrecuentes. En consecuencia, aunque todos los cloroplastos descienden de una única cianobacteria original, no todos los eucariotas la incorporaron del mismo modo ni en su misma forma, algunos de estos eucariotas realizaron la endosimbiosis varias veces de un modo independiente dando lugar a distintas ramas no relacionadas filogenéticamente.

Evolución del primer cloroplasto al subgrupo Viridiplantae

Árboles:

A lo largo de los próximos episodios nos vamos a centrar en una pequeña parte del subgrupo Viridiplantae del que descienden todas las plantas terrestres. Más concretamente hablaremos de los árboles, elementos con un tamaño y longevidad que les permiten convertirse en parte de nuestro paisaje, nuestra historia y nuestras leyendas. 

Un árbol se definiría como una planta, de tallo leñoso, que se ramifica a cierta altura del suelo formando una copa.​ Suelen ser plantas que superan un cierto límite de altura en su madurez (entre dos y seis metros) y que producen nuevas ramas secundarias cada año a partir del tronco principal. Algunos autores también requieren un diámetro de tronco mayor de 10 cm, las plantas leñosas que no cumplen estas condiciones serían consideradas "arbustos".

Se estima que los árboles pueblan la Tierra desde hace 370 millones de años. Actualmente hay unos 3 billones de árboles maduros, unos 422 árboles por persona, sin embargo esta cifra ha experimentado un notable descenso desde que existe la civilización humana, con una pérdida de casi el 46% de su población (unos 15.000 ejemplares por año).

El Drago Milenario de Icod de los Vinos (Dracaena draco) es sin duda uno de los árboles más famosos y singulares de España

Censo:

Actualmente, en el mundo hay 318.180.524.032 árboles, unos 422 por cada humano. Esta valiente (e indemostrable) afirmación es el resultado de un estudio realizado por científicos de la universidad de Yale, en Estados Unidos. El estudio, publicado en la revista Nature, emplea técnicas de teledetección combinando imágenes satélite y mediciones en 430.000 bosques distintos en más de 50 países. Cada medición sobre el terreno sirve de campo de entrenamiento para averiguar la densidad, tamaño o especie predominante en cada píxel de las imágenes satélite, demasiado lejanas para permitir análisis individuales de los árboles. Si bien la cifra es hasta 7 veces mayor que otras estimaciones anteriores, tampoco deberíamos dejarnos llevar por el optimismo, unos 15 mil millones de árboles son talados cada año. Según Thomas Crowther, autor principal del estudio, desde el inicio de la agricultura (hace unos 12.000 años), el número de árboles en todo el mundo ha disminuido en un 46%

Las áreas forestales más grandes del mundo se localizarían en las áreas tropicales y subtropicales, en donde se encuentran alrededor del 43% de los árboles del planeta. Sin embargo, las densidades arbóreas más altas son las de los bosques boreales en las regiones subárticas de Rusia, Escandinavia y América del Norte; estos bosques se caracterizan por ser muy compactos, con coníferas delgadas y juntas, por lo que a pesar de su menor tamaño, concentran un 24% de los árboles mundiales. Las zonas templadas en las que tantos vivimos, suponen tan solo un 22% de los árboles.

En el caso de España, la especie predominante es la encina con un 19,12% de los árboles totales. Según el tercer inventario forestal llevado a cabo entre 1997 y 2007 por el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF), en España habría un total de 6.971.283.041 árboles, lo cual se traduce en unos 245 árboles per cápita. La comunidad autónoma con más árboles es Castilla y León, seguida de Cataluña. Castilla y León también sería una de las que cuenta con mayor densidad de árboles, junto con La Rioja y Cantabria.

Evolución:

Lo cierto es que en contra de lo que cabría esperar, el mundo es cada vez más verde, o por lo menos esa ha sido la tendencia en los últimos 35 años según un estudio publicado el 30 de agosto de 2018 en la revista Nature (Global land change from 1982 to 2016). El estudio analizó imágenes satélite entre los años 1982 y 2016 (35 años) para discernir la dinámica de cambios en el uso del suelo en los distintos continentes durante este periodo. Para su sorpresa, a pesar de que algunas conocidas superficies forestales estaban en retroceso, otras muchas en cambio aumentaban su densidad durante estos últimos años. 

Otro estudio en 2019, también en Nature (China and India lead in greening of the world through land-use management), cifraría en un 5% el incremento de la masa forestal mundial desde el año 2000. Este nuevo estudio utilizó sistemas de reconocimiento artificial para analizar veinte años de imágenes satélite de la NASA. Más concretamente, han partido de los datos obtenidos por el espectrorradiómetro de imágenes de media resolución (MODIS), un sensor instalado en algunas de sondas de la NASA que lleva más de dos décadas tomando unas cuatro imágenes diarias de cada rincón del planeta.

En verde, zonas donde aumenta la densidad forestal. En gris, zonas donde se mantiene. En amarillo, zonas en las que desciende.

Los motivos de esta reforestación son muy variados y diversos, algunos de ellos hasta paradójicos: el aumento de las emisiones de CO2 causa un efecto de fertilización que unido al calentamiento global crea un entorno más favorable para la proliferación de árboles, no tanto para los humanos. Siendo justos, nuestro único mérito no ha sido contaminar más, gran parte de este crecimiento se debe a la acción directa del hombre, también hemos plantado más árboles

Este aumento de la superficie forestal no es un proceso homogéneo, es el resultado de un descenso en la superficie forestal de las zonas tropicales (Brasil, Paraguay, Congo, Mozambique, Indonesia…), que se ve compensado por el incremento de la superficie y densidad forestal de muchas otras zonas de Norteamérica, Europa o Asia. 

Europa: Ha experimentado un crecimiento bastante intenso, impulsado en gran medida por la decadencia de la agricultura y la ganadería (los árboles recuperan lo que antaño fue suyo). La reforestación natural de tierras agrícolas abandonadas ha sido una constante en Europa Oriental desde el colapso de la Unión Soviética. Esto explicaría en gran medida el incremento de masa forestal en la gran llanura rusa (entre Moscú y los Urales), Rumanía, Bulgaria, Serbia, Eslovenia, Hungría o Ucrania.

Sin embargo, otros países sin influencia soviética como Austria o Reino Unido (13,2%), Francia (15%), Suecia, Grecia o Italia (22,5%) también han logrado un aumento considerable de su masa forestal. Destaca el caso de España, donde la superficie forestal ha crecido un 33,4% entre 1990 y 2015 según datos de la FAO, la Organización de la Alimentación y de la Agricultura de Naciones Unidas.

Norteamérica: En el oeste de EEUU los bosques estarían sufriendo un creciente stress por insectos, incendios, calor y sequías, ocasionadas en gran parte por el calentamiento regional; el retroceso en esta zona se ve contrarrestado por un notable aumento en la parte oriental del país. El resultado es que, en su conjunto, la superficie forestal de EEUU ha crecido un 15% en los últimos 35 años.

Sudamérica: Sin duda la nota más negativa en ambos estudios, los tres países con mayor pérdida de superficie forestal entre 1982 y 2016 se encuentran en Sudamérica: Brasil (385.000 km2), Argentina (113.000 km2) y Paraguay (79.000 km2). 

África: En las zonas tropicales, la expansión de la frontera agrícola sigue siendo el principal motivo de la deforestación. También es frecuente la tala de la vegetación madura y autóctona para reemplazarla por cultivos destinados a la exportación.
Al sur del Sahara se puede apreciar cierto reverdecimiento en Sahel, se trata de un fenómeno bastante peculiar: el calentamiento del aire debido a las emisiones de CO2 ha incrementado la cantidad de humedad que el aire puede transportar, facilitando las lluvias anormalmente elevadas en el Sahel y en otras regiones áridas.

Asia: Es, con diferencia, el continente en el que más han crecido los bosques en los últimos años: prácticamente, un millón de kilómetros cuadrados. Gran parte del mérito de este crecimiento se debe a dos países habitualmente señalados con el dedo, China e India. Sus proyectos de reforestación masiva son los mayores del mundo.

  • China: El ejemplo chino es sin duda impresionante, su plan de reforestación ha creado el 25% de las nuevas masas forestales en todo el planeta. En este caso no se trata de una feliz coincidencia, si no de un plan agrícola muy ambicioso en el que se han colocado árboles para frenar la erosión o sostener determinados ecosistemas, mientras por otro lado se optimizaban los procesos agrícolas para aumentar hasta en un 32% la producción de las cosechas sin necesidad de ampliar las superficies de cultivo. Partiendo de unos valores ciertamente malos, entre 1982 y 2016, China ha aumentado su superficie forestal casi un 35%. 
  • India: El caso indio también es meritorio, la mejora de la agricultura intensiva, la explotación de terrenos antaño en barbecho y la multiplicación del rendimiento de las cosechas han permitido que la India produzca más alimentos (que su demografía demanda) en una superficie muy similar a la de hace décadas. Sin embargo es un país con gran presión de su población rural por obtener más tierras para la agricultura y con problemas en el horizonte como la sobrexplotación de acuíferos. A pesar de todo, según la administración forestal india, la superficie forestal nacional creció un 5,2% entre 2005 y 2019. Las mejoras se han concentrado, sobre todo, en las estribaciones al sur del Himalaya y en el sudoeste del país.

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