Los álamos 'recuerdan' la sequía: sus hojas refuerzan las defensas contra insectos

La sequía queda grabada en los árboles como bandas estrechas en sus anillos de crecimiento anuales, pero el álamo temblón (Populus tremuloides) podría ir más allá: sus hojas conservan una especie de “memoria funcional” de los años secos, reflejada en su composición química. Es decir, un árbol que ha pasado por una sequía no vuelve a producir las mismas sustancias de defensa que antes.

Así lo han documentado biólogos de la Universidad de Utah (EE UU) en un experimento de tres años en un “jardín común”, un terreno donde se cultivan plantas de distintas procedencias en las mismas condiciones. El estudio, codirigido por Talia Karasov, profesora asistente de biología, y William Anderegg, profesor de biología y ecólogo forestal, junto con la estudiante de posgrado Aubrey Hawks, se ha publicado en la revista New Phytologist.⁽¹⁾

Hojas con más defensas tras la sequía

En los años posteriores a la exposición a una sequía inducida de forma experimental, las hojas de álamo temblón han mostrado niveles más altos de glucósidos fenólicos salicinoides, unas sustancias químicas que disuaden a los herbívoros, es decir, a los insectos y animales que se alimentan de plantas. Así lo ha explicado Karasov, coautora del estudio.

El aumento de los niveles de glucósidos fenólicos que ha documentado el equipo se asoció con una reducción del daño en la copa de los árboles

El aumento de los niveles de glucósidos fenólicos que ha documentado el equipo se asoció con una reducción del daño en la copa de los árboles, según el estudio. Otros cambios observados en la composición química de las hojas se relacionaron, además, con variaciones en los hongos microscópicos que habitan en ellas. En conjunto, el historial de sequía de cada árbol ha influido en las defensas químicas de sus hojas recién brotadas.

Investigaciones previas han demostrado que un ligero aumento en los niveles de estos compuestos puede reducir la herbivoría, el consumo de hojas por parte de los animales, hasta en un 25 %. “Básicamente, puede marcar la diferencia entre que una planta se defolie por completo o no, porque a los insectos no les gustan estos glucósidos fenólicos”, ha señalado Karasov.

Las plantas invierten muchos recursos en esta protección. “En una hoja seca, el porcentaje de su masa compuesto por estos compuestos que producen para defenderse de herbívoros o microbios puede llegar hasta el 20 %. Es increíble. Así que están invirtiendo muchísimos recursos en su defensa”, ha afirmado la investigadora. Dicho de otro modo, hasta una quinta parte de la masa de una hoja seca puede estar formada por estas sustancias.

No todas las defensas han seguido el mismo camino. Los niveles de otra defensa química, los taninos condensados, que ayudan a los árboles a protegerse de los microbios, han descendido en los árboles expuestos a la sequía. Los investigadores han planteado como hipótesis que estos cambios, que consideran sorprendentes, en la química de las hojas el año siguiente a la sequía podrían reflejar una adaptación a las condiciones secas.

Sin embargo, el equipo no ha encontrado pruebas de que la mayor inversión de los árboles en la producción de glucósidos fenólicos se haya hecho a costa de su crecimiento.

Un árbol emblemático en declive

El álamo temblón es una especie emblemática de las montañas del oeste de EE UU y el árbol estatal de Utah. Está en declive a causa de los insectos y los patógenos, así como de la supresión histórica de incendios y del pastoreo de ganado y fauna silvestre, factores que han permitido que las coníferas lo desplacen.

Las defensas contra plagas y patógenos probablemente importan mucho para que el álamo temblón pueda sobrevivir a las sequías y también en condiciones normales

WILLIAM ANDEREGG, Universidad de Utah

“Las defensas contra plagas y patógenos probablemente importan mucho para que el álamo temblón pueda sobrevivir a las sequías y también en condiciones normales”, ha afirmado Anderegg, ecólogo forestal interesado en cómo responden los árboles al cambio climático. “Y este estudio llena un vacío clave en la comprensión de cómo cambian la sequía y la producción de defensas tanto durante como después de las propias sequías iniciales”, ha añadido.

El álamo temblón es la única especie de árbol caducifolio dominante en las montañas del oeste y crece en masas clonales, grupos en los que todos los individuos son genéticamente idénticos. Su distribución abarca también partes de Canadá, el Alto Medio Oeste y Nueva Inglaterra.

Revertir ese declive es importante para la salud ecológica de los bosques occidentales, pero persisten lagunas en el conocimiento científico sobre las causas del problema y sus soluciones. Karasov, especialista en las interacciones entre plantas y microbios, ha explicado el planteamiento del equipo: “Queríamos comprender la sequía no solo como un estrés agudo, sino como un evento que puede modificar la forma en que los árboles interactúan con su entorno biótico mucho después de que los suelos se hayan rehidratado”.

“Dado que las condiciones de un año de sequía por sí solas no explican toda la mortalidad tardía observada en los bosques, nos preguntamos si la limitación hídrica previa deja una huella persistente en la química de las hojas de álamo temblón y, a su vez, altera las interacciones con los herbívoros y las comunidades de hongos que habitan las hojas”, ha añadido Karasov.

Los resultados sugieren que los efectos de la sequía pueden persistir durante las siguientes temporadas de crecimiento y condicionar cómo se recuperan los álamos y su vulnerabilidad ante plagas y patógenos, según Karasov. El estudio muestra que la sequía y la química de las hojas pueden filtrar las comunidades microbianas, pero todavía no establece si esos cambios ayudan o perjudican, en última instancia, a la recuperación del árbol.

Cómo se hizo el experimento

El experimento se ha desarrollado en el Jardín Experimental de Investigación Biológica de la universidad, en las estribaciones de Wasatch, al este del campus de Salt Lake City. Allí, el laboratorio de Anderegg estableció en 2021 la parcela experimental de álamos temblones.

El modelo de jardín común reúne plantas de poblaciones geográficamente distintas para que crezcan en un único lugar bajo condiciones compartidas

El modelo de jardín común reúne plantas de poblaciones geográficamente distintas para que crezcan en un único lugar bajo condiciones compartidas, y es el que han empleado los investigadores. En la parcela plantaron material de raíz que habían recogido en zonas de montaña de cinco bosques nacionales de Utah y Colorado.

Los emplazamientos originales se encontraban a unos 9.000 pies (unos 2.700 metros) sobre el nivel del mar, en laderas orientadas al sur.

Para el estudio, el equipo manipuló la cantidad de agua que recibían los árboles con el fin de reproducir distintos niveles de sequía entre 2021 y 2023. Las hojas se recogieron a finales de agosto y se sometieron a análisis químicos para determinar los niveles de ciertos compuestos que se concentran en ellas como defensa frente a los animales que comen plantas y frente a los microbios causantes de enfermedades.

Anderegg y sus estudiantes de posgrado ya han publicado otros dos estudios sobre la respuesta del álamo temblón a la sequía con datos producidos en este mismo jardín, y hay más trabajos en camino.

En el trabajo han participado como coautores los estudiantes de biología de Utah Jaycie Fickle, Kelly Kerr, Dale Forrister, Allison Perkins, Efthymia Symeonidi, Madelyn Allen y Cannon Fehrenbach, así como Hsiao-Nung Chen, del Departamento de Química. La investigación se ha financiado con fondos de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias y el Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del Departamento de Agricultura de EE UU, con apoyo adicional del Centro Wilkes para la Ciencia y la Política Climática, la Fundación David y Lucille Packard, un premio de investigación de campo Phyllis Coley y Thomas A. Kursar y un premio Alan T. Waterman.