El manganeso intercambiable, como el emitido por la industria, reduce el almacenamiento de carbono en los bosques boreales

Fecha: 28 de marzo de 2024

Fuente: Universidad de Duke

HISTORIA COMPLETA

Se ha descubierto que el manganeso en el suelo de los bosques boreales va en contra de la capacidad de almacenamiento de carbono de estos hábitats cruciales del norte.

Se estima que los bosques boreales, ubicados predominantemente en regiones frías de latitudes altas, almacenan casi el 30 por ciento del carbono del suelo del mundo, lo que los convierte en el mayor reservorio mundial de carbono terrestre. Este carbono almacenado se encuentra principalmente en la capa de humus de los bosques, que contiene hojas descompuestas y otra materia orgánica.

Un estudio global a largo plazo dirigido por investigadores de la Universidad de Duke ha encontrado que los niveles más altos de manganeso en esta capa estimularon la descomposición de la materia orgánica del suelo y liberaron más dióxido de carbono que las parcelas forestales con menos o nada de manganeso. El trabajo aparece en la edición del 19 de marzo de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

"La sabiduría convencional es que estos bosques son como una bóveda global de carbono, donde el carbono se coloca en la bóveda en lugar de sacarse", dijo William H. Schlesinger, profesor emérito de la Escuela de Medio Ambiente Nicholas de la Universidad de Duke y coautor del estudio. "Estos hallazgos revelan una grieta en la bóveda, donde suficiente manganeso a lo largo del tiempo estimula la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera, lo que tiene implicaciones para los esfuerzos de mitigación del clima y el ciclo global del carbono", dijo Schlesinger.

Ciertos procesos industriales, como la fundición de metales o la combustión de combustibles que contienen manganeso, pueden liberar manganeso en el aire que luego se deposita en los suelos a favor del viento.

Esta es una de las muchas actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles, la deforestación y los cambios en el uso de la tierra, que han perturbado el ciclo natural del carbono, lo que ha provocado un aumento de las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico que contribuyen al calentamiento global y al cambio climático.

"El inventario de carbono sigue siendo una ciencia en evolución", dijo Yunyu Zhang, autor principal y estudiante graduado de la Academia China de Ciencias. "Es esencial averiguar qué factores regulan esta enorme reserva de carbono [en el suelo de los bosques boreales], especialmente dado que ... industrialización".

Los investigadores analizaron datos de bosques boreales de todo el mundo y fertilizaron el suelo con manganeso durante 14 años (2009-2023) en las montañas Daxing'an de China. Los resultados mostraron que el nivel de manganeso intercambiable, la parte del manganeso que las plantas pueden usar como nutrientes, determinó la cantidad de carbono almacenado en el suelo de los bosques boreales. Después de cuatro años, el almacenamiento de carbono en las parcelas fertilizadas con manganeso se redujo en casi un 13 por ciento, lo que significa que se liberó más carbono a la atmósfera.

"Para desarrollar estrategias efectivas y sostenibles, es fundamental comprender las complejas interacciones entre los oligonutrientes y el almacenamiento de carbono", dijo Zhang. "Es aún más importante predecir cómo funcionan esas interacciones a largo plazo, teniendo en cuenta el impacto de las actividades humanas".

Schlesinger enfatizó la necesidad de más investigación y acción, señalando cómo los hallazgos del estudio resaltan la importancia de la dinámica de los nutrientes del suelo, como el nivel de manganeso intercambiable, en los esfuerzos de mitigación del cambio climático.

Instó a que se siga estudiando el papel del manganeso no solo en el suelo, sino también en el aire, en las emisiones de carbono terrestres, el ecosistema forestal boreal y la mitigación del clima.

"No hay una bóveda infalible proverbial o un sumidero forestal absoluto", dijo Schlesinger. "Necesitamos enfoques integrados para la gestión de la tierra y la mitigación del clima. El clima se ha considerado tradicionalmente un factor importante en el almacenamiento de carbono, pero ahora vemos cómo el manganeso también es un indicador clave, algo que durante mucho tiempo se ha pasado por alto y no se ha examinado lo suficiente".

La Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y la Academia China de Ciencias cofinanciaron el estudio.

Fuente de la historia: Materiales proporcionados por la Universidad de Duke.

Referencia de la revista:

Yunyu Zhang, Sarah E. Hobbie, William H. Schlesinger, Björn Berg, Tao Sun, Jiaojun Zhu. El manganeso intercambiable regula el almacenamiento de carbono en la capa de humus del bosque boreal. Actas de la Academia Nacional de Ciencias, 2024; 121 (13) DOI: 10.1073/pnas.2318382121

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Universidad de Duke. "El manganeso desempeña un papel sorprendente en el secuestro de carbono del suelo". CienciaDiaria. ScienceDaily, 28 de marzo de 2024. <www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240328162622.htm>.

Science Daily

04 Mayo 2024

El vuelo de los insectos, el camuflaje de los pulpos y la cognición humana son tres ejemplos de innovación evolutiva que se basaron, en parte, en eventos de duplicación de genes hace cientos de millones de años.

Hace 700 millones de años, una criatura extraordinaria emergió por primera vez. Puede que no haya sido muy impresionante según los estándares actuales, pero era el primer animal que tenía una parte frontal y una trasera, una parte superior y una parte inferior. Esta fue una adaptación innovadora en ese momento, y una que estableció el plan corporal básico que la mayoría de los animales complejos, incluidos los humanos, eventualmente heredarían.

El discreto animal residía en los mares de la antigua Tierra, probablemente arrastrándose por el fondo marino. Este fue el último ancestro común de los bilaterales, un vasto supergrupo de animales que incluye vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos) e invertebrados (insectos, artrópodos, moluscos, gusanos, equinodermos y muchos más).

Hasta el día de hoy, más de 7.000 grupos de genes se remontan a este último ancestro común, según un estudio de 20 especies bilaterales diferentes, incluidos los humanos, los tiburones, las efímeras, los ciempiés y los pulpos. Los hallazgos han sido realizados por un equipo de investigación del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona y se publican hoy en la revista Nature Ecology and Evolution.

Sorprendentemente, el estudio reveló que alrededor de la mitad de estos genes ancestrales han sido reutilizados por los animales para su uso en partes específicas del cuerpo, particularmente en el cerebro y los tejidos reproductivos. Los hallazgos son sorprendentes porque los genes antiguos y conservados generalmente tienen funciones fundamentales e importantes que se necesitan en muchas partes del cuerpo.

El estudio demuestra que una serie de errores fortuitos de ‘copiar y pegar’ durante la evolución bilateral son los responsables. Por ejemplo, hubo un momento importante al principio de la historia de los vertebrados. Muchos genes expresados específicamente en tejidos aparecieron por primera vez coincidiendo con dos eventos de duplicación del genoma completo. Los animales podían conservar una copia para las funciones fundamentales, mientras que la segunda copia se utilizaba como materia prima para la innovación evolutiva. Eventos como estos, a escalas diversas, ocurrieron constantemente a lo largo del árbol evolutivo de los bilaterales.

Un legado genético ancestral que perdura

“Nuestros genes son como una vasta biblioteca de recetas que se pueden preparar de manera diferente para crear o cambiar tejidos y órganos. Imagina que terminas con dos copias de una receta de paella por accidente. Puedes conservar y disfrutar de la receta original mientras la evolución modifica la copia adicional para que en su lugar haga risotto. Ahora imaginemos que se copia todo el recetario –dos veces– y las posibilidades que se abren para la evolución. El legado de estos acontecimientos, que tuvieron lugar hace cientos de millones de años, perdura hoy en la mayoría de los animales complejos,” explica Federica Mantica, coautora del estudio e investigadora del Centro de Regulación Genómica (CRG).

Los autores del estudio encontraron muchos ejemplos de nuevas funciones específicas en los tejidos gracias a la especialización de estos genes ancestrales. Por ejemplo, los genes TESMIN y tomb, que se originaron a partir del mismo ancestro, acabaron desempeñando de forma independiente un papel especializado en los testículos tanto de vertebrados como de insectos. Su importancia se destaca por el hecho de que los problemas con estos genes pueden alterar la producción de esperma, afectando la fertilidad tanto en ratones como en moscas de la fruta.

La especialización de genes ancestrales también sentó parte de las bases para el desarrollo de los sistemas nerviosos complejos. Por ejemplo, en los vertebrados, el estudio encontró genes críticos para la formación de las capas aislantes, o vainas, que se forman alrededor de los nervios, y que son esenciales para la transmisión rápida de señales nerviosas. En humanos también identificaron FGF17, un gen que desempeña un papel importante en el mantenimiento de las funciones cognitivas en la vejez.

En los insectos, genes específicos se especializaron en los músculos y en la epidermis para la formación de cutículas, lo que contribuyó a su capacidad de volar. En la piel de los pulpos, otros genes se especializaron en percibir estímulos luminosos, lo que contribuyó a su capacidad para cambiar de color, camuflarse y comunicarse con otros pulpos.

Creación de características nuevas y únicas en los animales

Al estudiar la evolución de las especies a nivel de tejido, el estudio demuestra que los cambios en la forma en que se utilizan los genes en diferentes partes del cuerpo han tenido un papel importante en la creación de características nuevas y únicas en los animales. En otras palabras, cuando los genes comienzan a actuar en tejidos específicos, pueden conducir al desarrollo de nuevos rasgos o habilidades físicas, lo que en última instancia contribuye a la evolución animal.

“Nuestro trabajo nos hace repensar los roles y funciones que desempeñan los genes. Nos muestra que genes que son cruciales para la supervivencia y que se han conservado durante millones de años también pueden adquirir muy fácilmente nuevas funciones en la evolución. Refleja el acto de equilibrio de la evolución entre la preservación de funciones vitales y la exploración de nuevos caminos”, concluye el profesor de investigación ICREA Manuel Irimia, coautor del estudio e investigador del CRG.

Referencia:

Mantica et al. “Evolución de la expresión tisular específica de genes ancestrales en vertebrados e insectos”. Nature Ecology and Evolution.

Fuente: CRG

Sinc

SINC

25 Abril 2024

Autoría:

Victoria Fernández.- Researcher, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Giovanni Sáenz-Arce.- Físico, Universidad Nacional de Costa Rica, Universidad de Murcia

Jaime Colchero.- Profesor Titular. Física del Estado Sólido, código Unesco 2211, Universidad de Murcia

La variedad de las superficies vegetales es un tesoro biológico aún por explorar. Si la ciencia imita la naturaleza, hay todo un campo en el que apenas se ha mirado: el haz y el envés de las hojas de las plantas. Pero empezamos a asomarnos.

Muchos seres vivos poseen pelos de diferente composición y estructura, y entre los seres vivos con pelo también están las plantas. Pero ¿de qué le sirve por ejemplo a un olivo tener hojas con pelo?

En la epidermis

La superficie de las hojas y otros órganos vegetales muchas veces no es lisa, tiene protusiones, que llamamos tricomas o pelos, que pueden cubrir la epidermis parcial o totalmente. Suelen estar presentes en hojas o frutos en desarrollo. A veces degeneran, pero otras veces permanecen en el órgano durante toda su vida.

El pétalo de la rosa es un buen ejemplo. El modo en que las gotitas de rocío se adhieren a la flor más popular del mundo y no se caen, aunque pongamos la flor boca abajo (el conocido como efecto pétalo de rosa), es uno de los enigmas más desafiantes en el estudio de las superficies vegetales, y el pelo que los recubre tienen mucho que ver en ello.

Hay hojas cuyas superficies están totalmente cubiertas de pelos (son pubescentes), rasgo a menudo común en especies propias de climas áridos. ¿De qué les sirven?

La dificultad técnica para estudiarlas ha hecho que se infravalore la variabilidad estructural y química de las superficies de los pelos de los seres vivos. Sin embargo, utilizando la microscopía de fuerza atómica (AFM) y otras técnicas de alta precisión, hemos conseguido explorar el pelo de la hoja del olivo. La heterogeneidad química en la micro y nano escala que hemos encontrado hace que posiblemente sean mucho más multifuncionales de lo esperado.

Esta diferenciación química entre estructuras aparentemente similares es lo que le confiere propiedades asombrosas a la superficie de la hoja, como ocurre con la gota que se adhiere al pétalo de la rosa.

La hoja del olivo y sus pelos

Las hojas del olivo tienen algún pelo aislado en el haz, que degenera con la edad y las inclemencias del clima; sin embargo, tienen una cobertura total de tricomas con forma de sombrilla en el envés que se mantiene durante toda la vida de la hoja.

En un novedoso estudio multidisciplinar desarrollado entre la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidad de Murcia, hemos caracterizado su topografía (cómo se distribuyen por la superficie de la hoja), pero lo novedoso es que hemos encontrado las propiedades químicas que afectan al modo en que se moja.

La afinidad al agua

Comenzamos caracterizando la mojabilidad de las hojas analizando la forma de las gotas de agua y otros líquidos sobre las superficies.

Encontramos que, a pesar de la rugosidad del envés y a que está totalmente cubierto de tricomas, el agua llega a la hoja y se produce adherencia. Desarrollamos experimentos más detallados de la superficie de los pelos mediante microscopía electrónica y AFM para entender cómo el agua puede adherirse tanto a estas epidermis.

Analizando los pelos del haz y el envés de las hojas de olivo, comprobamos que su superficie es químicamente heterogénea, ofreciendo un patrón mezclado de compuestos químicos hidrofílicos (afines al agua) e hidrófobos (repelentes al agua).

El envés de las hojas de olivo (con mucho más pelo que el haz) tiene menor mojabilidad, pero las gotas de agua tienen mucha más adherencia. Lo hemos asociado a su total cobertura de tricomas más hidrófobos cuando las hojas son jóvenes, que se vuelven más mojables con la edad.

Recoger el agua de la niebla

En zonas de cultivo de olivo donde se producen nieblas o rocío nocturno de manera frecuente, como en muchas zonas de la península ibérica, es posible que se formen gotas en el envés de las hojas de olivo que se adhieran a los pelos. La gota permanecerá adherida hasta alcanzar un volumen y peso elevados que les haga caer al suelo. Esta propiedad de las hojas del olivo quizás contribuyan a la captura de agua, cosa que habrá que demostrar en experimentos futuros.

Por otro lado, la existencia de nanozonas hidrofílicas en las hojas y pelos puede afectar a la interacción con insectos y microorganismos, aspecto que deberá ser considerado en estudios futuros. Por ejemplo, estas zonas puede que sean más vulnerables a la entrada de patógenos o que afecten al agarre y desplazamiento de los insectos en la superficie de las hojas dado que algunas superficies de cera les pueden resultar resbaladizas.

Imitar los pelos de las plantas

Del mismo modo que conocer cómo se adhieren los gecos a las superficies de las paredes o cómo genera la araña su tela ha servido para el desarrollo de múltiples materiales, la heterogeneidad química que hemos encontrado en los tricomas de las hojas de las plantas podría servirnos como modelo para el desarrollo de nuevos materiales.

En el caso de las plantas, se sabe que las hojas de algunas especies nativas de diferentes ecosistemas del mundo y de plantas agroforestales pueden absorber agua depositada sobre ellas como rocío, lluvia y niebla, como ocurre con la hoja de la encina.

Un estudio más detallado de cómo funcionan podría servir de modelo para fabricar materiales y estructuras que permitan la captura de agua de la atmósfera.

El empleo de nuevas técnicas para el análisis de las superficies vegetales, como la aplicación de AFM para caracterizar el olivo y la rosa, nos abren los ojos a un espectacular nuevo mundo de interacciones que ocurren en el universo de las plantas y los seres vivos.

The Conversation

26 Abril 2024

Un informe de la Organización de Naciones Unidas indica que en 2022 se produjeron un total de 62 millones de toneladas de residuos electrónicos, lo que supone un 82 % más que en 2010. Según el documento, esta cifra va camino de aumentar un 32 % en 2030 si no se toman medidas.

La generación mundial de residuos electrónicos aumenta cinco veces más deprisa que el reciclaje documentado de los mismos, según revela el cuarto Monitor Mundial de Residuos Electrónicos (GEM) de la ONU.

El informe de la UIT y UNITAR destaca que los 62 millones de toneladas de residuos electrónicos generados en 2022 llenarían 1,55 millones de camiones de 40 toneladas, los suficientes para formar una línea continua alrededor del ecuador.

Entretanto, menos de una cuarta parte (22, 3%) de la masa anual de desechos electrónicos estaba documentada como recogida y reciclada adecuadamente en 2022, lo que deja sin contabilizar recursos naturales recuperables por valor de 62.000 millones de dólares y aumenta los riesgos de contaminación en todo el mundo.

La generación de residuos electrónicos mundial está aumentando en 2,6 millones de toneladas anuales, camino de alcanzar los 82 millones de toneladas en 2030, lo que supone una nueva subida del 33 % respecto a la cifra de 2022.

Peligro para la salud y el medio ambiente

Los residuos electrónicos, cualquier producto desechado con un enchufe o una pila, son un peligro para la salud y el medio ambiente, ya que contienen aditivos tóxicos o sustancias peligrosas como el mercurio, que puede dañar el cerebro humano y el sistema de coordinación, advierte el documento.

“Desde televisores hasta móviles, se genera una enorme cantidad de desechos electrónicos en todo el mundo. Las últimas investigaciones muestran que el desafío global que supone esta basura no va a hacer más que crecer. El hecho de que menos de la mitad del mundo aplique y haga cumplir enfoques para gestionar el problema hace sonar la alarma en favor de una normativa sólida que aumente la recogida y el reciclaje”, señala Cosmas Luckyson Zavazava, director de la Oficina de Desarrollo de Telecomunicaciones de la UIT

Según este responsable, “el Monitor Mundial de Residuos Electrónicos es la principal fuente mundial de datos sobre este tipo de desechos, lo que permite hacer un seguimiento y tomar decisiones críticas en lo que respecta a la transición hacia una economía circular de la electrónica”.

El informe prevé un descenso de la tasa documentada de recogida y reciclado del 22,3 % en 2022 al 20 % en 2030, debido a la creciente diferencia entre los esfuerzos de reciclado y el asombroso crecimiento de la generación de residuos electrónicos en todo el mundo.

Ciclos de vida cortos y ‘electronificación’

Entre los retos que contribuyen al aumento de la diferencia figuran el progreso tecnológico, el mayor consumo, las limitadas opciones de reparación, los ciclos de vida más cortos de los productos, la creciente electronificación de la sociedad, las deficiencias de diseño y la inadecuada infraestructura de gestión de los residuos electrónicos.

El documento indica que, si los países consiguieran que los índices de recogida y reciclado de estos desechos alcanzaran el 60 % para 2030, los beneficios –incluida la minimización de los riesgos para la salud humana– superarían los costes en más de 38.000 millones de dólares.

Dependencia en tierras raras

Además, afirma que el mundo “sigue siendo asombrosamente dependiente” de unos pocos países en lo que respecta a los elementos de tierras raras, a pesar de sus propiedades únicas, cruciales para las tecnologías del futuro, como la generación de energías renovables y la e-movilidad.

En este sentido, Kees Baldé, investigador de UNITAR y autor principal del informe, “no más del 1 % de la demanda de elementos esenciales de tierras raras se satisface mediante el reciclaje de basura electrónicas. Este nuevo estudio representa un llamamiento inmediato a una mayor inversión en el desarrollo de infraestructuras, una mayor promoción de la reparación y la reutilización, la creación de capacidades y medidas para detener los envíos ilegales de residuos electrónicos. Y la inversión se amortizaría con creces”, concluye.

Fuente: SINC

SINC

04 Abril 2024