SUELO, ÁRBOL URBANO Y LOS VECINOS INVISIBLES

SUELO, ÁRBOL URBANO Y VECINOS INVISIBLES


Miguelángel Sierra Castellanos, marzo de 2020

LOS ARBOLES NOS COMUNICAN CONSTANTEMENTE, PERO COMO NADA SABEMOS DE ELLOS, SOLO QUEREMOS ESCUCHAR NUESTRAS VOCES...

Sin un poco de interacción con los vecinos, la vida no existiría y mucho menos seria tal cual, como la conocemos...

Es bueno ser amigable con tus vecinos, (enseñanzas de mi padre) Los individuos y las comunidades se desempeñan mejor si se ayudan mutuamente. Para los microorganismos del suelo, la cooperación no solo es evidente, sino lo más importante para sus interacciones. Vivimos en un Planeta Microbiano: miles de millones de microorganismos habitan en cada rincón del planeta (Bárcenas, 2016)

Los primeros vecinos invisibles que habitaron la tierra fueron criaturas unicelulares (Arqueobacterias). Algunas de estas bacterias se unieron en su vecindario y comenzaron a compartir sus actividades, hasta hacer parte de un organismo más complejo que dio lugar a la célula eucariota. Esta asociación fue tan exitosa que condujo a la evolución de muchas más formas de vida como las plantas y los animales. Por lo general a los microorganismos se les ha considerado como 'inferiores' respecto a otras formas de vida, porque no se expresan con palabras, o porque simplemente se cree "no tienen" elevada inteligencia.

Advertencia

No recomiendo leer este Articulo, podrá afectar su imaginación, contaminar su creatividad e infectarse de amabilidad, aunque lo más peligroso es que su visión sobre el árbol urbano cambie de manera microscópica.

EL SUELO DEL ÁRBOL URBANO

El suelo es el medio natural donde crecen las raíces de la mayoría de los árboles, de allí extraen agua y los nutrientes que son necesarios para su crecimiento.

La importancia del suelo urbano como componente ambiental, es que es esencial para el desarrollo de la vida de las sociedades, así como es fundamental para la regulación de los servicios ecosistémicos que le proporciona al árbol urbano, sin embargo, su valoración social está representado en términos de propiedad, ya que el suelo del árbol urbano tiene la virtud de ser omnipresente, porque de él depende la vida de todos estos en las ciudades del planeta. (Castro 2012).

La contaminación y perturbación intermedia, el desarrollo de las actividades industriales urbanas, los residuos sólidos, líquidos y gaseosos que hoy recibe el suelo del árbol urbano tiene una gran incidencia en la calidad y el desarrollo funcional de los árboles que este soporta. Otras actividades que generan contaminación al suelo del árbol urbano son: la disposición de residuos sólidos en la base del árbol, así como escombros de construcción y el vertimiento de residuos líquidos. De otro lado, la degradación biológica está relacionada con la pérdida de la materia orgánica y de la biota del suelo, además de los cambios en el uso del suelo sin medidas de conservación, con obras de infraestructura y de urbanismo; sin criterios de sostenibilidad entre otros aspectos. (Anderson, 2003) Es aquí cuando los vecinos invisibles (Los microrganismos) del suelo urbano juegan un rol importante en el desarrollo, recuperación y conservación del suelo del árbol urbano, sin embargo y, a pesar de los atributos y el valor que los microorganismos representan para el suelo, también se presenta la dificultad que se tiene para la interpretación de sus valores individuales.

A diferencia de los indicadores y los valores que se suelen evaluar en cada tipo de suelo, en donde cada nivel de referencia está relativamente bien definido para cada elemento químico, (textura, materia orgánica, pH, conductividad. Etc...) aún existe dificultades para hacer mediciones microbiológicas de manera simple y sobre todo para interpretar los diferentes tipos de indicadores microbianos, independiente de que se sepa que los vecinos invisibles actúan y ayudan en el control de enfermedades de origen edáfico, o en el manejo y control de los llamados insectos "plaga" y demás enfermedades de las plantas. Para su compresión se han sugerido usar criterios de referencia (estableciendo comparaciones) debido a que los valores ideales para los bioindicadores pueden variar con el clima, tipo de suelo, mineralogía, manejo y uso del suelo (Castro 2012).

EL VIAJE DE LOS VECINOS INVISIBLES

Los microorganismos que viven alojados en el suelo del árbol urbano , también son transportados por el aire a largas distancias, tras los sutiles impactos de las gotas de lluvia. Una llovizna puede ser un medio para la propagación lejana y amplia de los vecinos invisibles, las gotas liberan aerosoles al caer al suelo, algo así como un "rocío de niebla", Cada aerosol transporta varios miles de bacterias que viajan y colonizan otros espacios de nuevos suelos, a medida que las gotas de agua entran en contacto con el suelo y atrapan pequeñas burbujas de aire de su superficie, estas se elevan después estallar, gracias a la gota de agua, creando un spray que albergará micro gotas de agua tipo aerosol. Es lo que se conoce como (Petricor) convirtiéndose en el característico olor a tierra y que a menudo trae consigo una tormenta de lluvia.

LAS BACTERIAS

Toda forma de vida que habita el planeta está conformada por células, entre esos están los microorganismos; sin embargo, existen dos tipos básicos de células: procariotas y eucariotas. Algunas investigaciones han reportado acerca de la capacidad que tienen las bacterias para comunicarse; esto ha generado un cambio en la percepción acerca de que los microorganismos no son simples y sencillos organismos. Hoy se sabe que los vecinos invisibles usan señales moleculares para comunicarse, las cuales excretan al ambiente, aunque su dispersión y concentración siempre dependerá de la densidad de la población. (Sánchez, 2011)

Las bacterias al ser demasiado pequeñas solo pueden ser vistas a través de un microscopio; y su comunicación es a través de los denominados compuestos orgánicos volátiles (COVs); la concentración de estos compuestos químicos convertidos en gases, depende de la densidad poblacional que se encuentre activa. 

Esta comunicación puede ocurrir a partir de fenómenos bióticos o abióticos que se activan como una respuesta de defensa o de corrección inmediata a la señal de riesgo. La gran mayoría de las bacterias en el planeta son benéficas, sólo el 1% produce enfermedades y se les denomina "patógenas". Las bacterias del suelo pueden clasificarse en dos grandes grupos: Bacterias Nativas o autóctonas y alóctonas. (Morales, 2014).

Las bacterias del suelo se suelen agrupar de manera funcional en:

  • Bacterias amonificadoras: descomponen las sustancias orgánicas nitrogenadas y las transforman en amonio o en sales amoniacales.
  • Bacterias nitrificadoras: oxidan el amoníaco hasta nitrato.
  • Bacterias fijadoras de nitrógeno: toman el N atmosférico (N2) y lo transforman en compuestos aprovechables por los vegetales.
  • Bacterias celulolíticas: degradan la celulosa. Es el grupo más numeroso, por ser este compuesto, el más abundante en los residuos vegetales
  • Bacterias pectinolíticas: degradan la pectina y sus derivados.
  • Bacterias endófitas; son estimuladoras para el transporte de nutrientes al interior del árbol, además de generar alerta y estimular la producción de COVs (Compuestos orgánicos Volátiles). (Benintende, 2013)

Hoy sabemos que los árboles se encuentran colonizados por un sorprendente número de microorganismos y, que incluso alcanzan densidades celulares mayores que las del mismo árbol. Estos microorganismos pueden colonizar externamente al árbol accediendo tanto desde la rizósfera (la interfase suelo-planta) como desde la filosfera (interfase aire-planta), por tal razón el árbol está en íntima conexión con los microorganismos presentes en el suelo y los circulantes en el aire respectivamente (Rastogi, 2013) 

LA RIZÓSFERA

La rizósfera es un espacio donde ocurren las actividades más importantes para nutrición del árbol, allí el sistema radical induce la proliferación microbiana donde el suelo está en contacto íntimo con la raíz y no se puede considerar ni suelo ni raíz, dada la fuerte interacción entre ambos componentes. Esta región, comprende entre 2 - 4 mm de suelo a partir de la superficie de la raíz. En esta zona se distingue la Endorrizósfera (zona de tejido cortical donde pueden proliferar los microorganismos), Rizoplano (superficie radical) y suelo rizosférico y en algunas ocasiones se puede desarrollar Rizovaina.

El efecto de la rizósfera se mide a través del coeficiente rizosférico (R/S) que revela la proporción de microorganismos en esta zona en relación con el suelo no rizosférico. La estimulación de los microorganismos en esta zona es diferencial, ya que no todos los grupos fisiológicos se ven beneficiados. En general los microorganismos más exigentes en factores de crecimiento son los que proliferan en mayor proporción. (Bacterias de los géneros Pseudomonas, Azospirillum, Beijerinkia, etc.) (Benintende, 2013)

La cantidad de vecinos invisibles o comunidades microbianas en la rizósfera dependerán siempre de factores bióticos y abióticos, como del poder amortiguante, la capacidad almacenadora del componente orgánico, la disponibilidad de agua, pH, temperatura, intensidad lumínica, la concentración atmosférica de CO2 y por supuesto de la cantidad de microorganismos allí presentes. (Probanza, 2012) Teniendo en cuenta que no todos los arboles urbanos pertenecen a la misma especie, ni sus raíces liberan la misma cantidad de exudados (mucilago vegetal) como: azúcares, polisacáridos, aminoácidos, ácidos orgánicos, ácidos grasos, esteroles, hormonas de crecimiento, enzimas, flavonoides, vitaminas, etc. Independiente de la estructura y de las condiciones nutricionales y minerales que oferte el suelo del árbol urbano o donde estos se encuentren plantados. 

EL MOVIMIENTO DE LAS BACTERIAS EN LA RIZÓSFERA

La colonización bacteriana en la rizósfera siempre será un suceso prospero e indivisible. Las raíces siempre han sostenido una estrecha relación de cooperación con los microrganismos del suelo, lo que ha permitido que allí se desarrollen una gran diversidad de interacciones físicas y metabólicas; incluso cuando las condiciones abióticas son adversas. Generalmente las comunidades microbianas se encuentran adheridas a la superficie de las raíces organizadas como biopelículas en el llamado mucigel (Colón, 2003). 

El mucigel expulsado por las raíces (biopelícula) siempre esta añadido en los tejidos del xilema, donde se forman agregados de células que migran a través del cilindro y llevan los nutrientes que pasan por estos fluidos (Koutsoudis, 2006). Es en el extremo de la raíz donde la disponibilidad de nutrientes es menor, allí suelen excretar sustancias antimicrobianas formándose una biopelícula más plana, donde se alojan de manera constante las bacterias que migran fluidamente al interior del cilindro del xilema de los árboles llamada Rizoplano (Shrout, 2006) 

Este mucílago está formado por una mezcla de carbohidratos, proteínas, péptidos, surfactantes, etc... Además, se ha descrito con bacterias asociadas a las raíces de los árboles como Bacillus, Chromobacterium, Azospirillum, Serratia, Burkholderia, Pseudomonas y Sinorhizobium entre otras bacterias. Así como Pseudomonas fluorescens que coloniza preferencialmente la parte distal de la raíz donde reflejan una especialización en la colonización de diferentes partes de la raíz en comparación con la cepa salvaje (Sánchez, 2002). Otro un gran número de bacterias regulan la producción de exoenzimas, exopolisacáridos y antibióticos. Como estas bacterias producen señales moleculares que regulan estos mecanismos, ciertos metabolitos específicos son liberados en la rizósfera y pueden disparar múltiples respuestas a diferentes microorganismos presentes en el suelo. (González, 2003).

MICROORGANISMOS ENDÓFITOS

Los microorganismos son considerados endófitos cuando colonizan el interior de las plantas en la mayor parte de su ciclo de vida, no generan patogénesis. Los endófitos fueron ignorados históricamente y considerados contaminantes, posiblemente, debido en parte a su baja abundancia en comparación con las bacterias rizosféricas. Las bacterias endófitas se encuentran dentro de los tejidos de raíces, tallos y hojas, de casi todas las plantas en el planeta (Smith, 2008), ejerciendo un importante rol en el metabolismo y fisiología de la planta y, por tanto, estableciendo una estrecha relación con el hospedador sin causarle perjuicios.

Los microorganismos endófitos cumplen una gran diversidad de funciones como promotoras de crecimiento vegetal, control biológico sobre una diversidad de fitopatógenos, mejoran la eficiencia de los procesos de fitoremediación de compuesto tóxicos en la rizósfera. (Brader, 2014) Estos microorganismos son fuente inagotable de más de 20.000 compuestos biológicamente activos, los cuales influyen de manera directa en el rendimiento y supervivencia de las plantas hospederas. Las bacterias endófitas tienen la propiedad de producir un sin número de metabolitos como antibióticos, metabolitos secundarios y muchos compuestos más. Ver figura #3

También se sabe que los microorganismos endófitos hallados en los árboles, no solo son bacterias, también se han encontrado hongos entomopatógenos para diferentes especies de plantas. (Vega, 2008) Entre los entomopatógenos endofíticos están Paecilomyces, Metarhizium, Lecanicillium, Beauveria, Cladosporium, e Isaria (Sánchez 2011). Beauveria bassiana se ha encontrado establecida como endófito en plantas de café obtenidos en Colombia, Hawái y Puerto Rico, en particular, parece ser un endófito que coloniza muchas plantas naturalmente (Gurulingappa, 2010).

MICROORGANISMOS ENDÓFITOS COMO PROMOTORES DEL CRECIMIENTO VEGETAL

Algunas bacterias endófitas hacen parte de las bacterias promotoras de crecimiento vegetal (PGPB, por sus siglas en inglés de plant promoting bacteria), y al igual que las bacterias rizosféricas PGPB, presentan mecanismos directos e indirectos, o una mezcla de estos, que benefician a las plantas en su desarrollo (Glick, 2012).

Los microorganismos endófitos pueden promover el crecimiento vegetal por mecanismos similares a los frecuentemente estudiados de las rizobacterias. Estos incluyen solubilización de fosfatos producción de ácido Indol-acético y de sideróforos. Además, proveen con vitaminas esenciales a las plantas (Pirttilä, 2004). Otros atributos adaptativos con los que se han relacionado a los microrganismos endófitos, tienen que ver con el ajuste osmótico de las plantas y la regulación de las estomas; además intervienen en la modificación de la morfología radicular del árbol mejorando la incorporación de nutrientes y acelerando su acumulación e influyendo con su metabolismo para la fijación del Nitrógeno. (Compant, 2005) 

Casi todos los microorganismos endófitos de los géneros bacterianos comunes están presentes en el suelo, como Pseudomonas, Burkholderia, Bacillus pumillus y Bacillus subtilis. Estas bacterias son bien conocidas por su producción de metabolitos secundarios como antibióticos, compuestos orgánicos volátiles COVs, sustancias antifúngicas e insecticidas e incluso agentes antivirales. A pesar de que son muchos los compuestos biológicamente activos que han sido aislados de los microorganismos, los endófitos todavía siguen siendo una fuente inexplorada para la ciencia y sobre todo para la arboricultura. (Lodewyckx, 2002)


LAS DEFENSAS FITOQUÍMICAS

Las Fitoalexinas y demás estímulos químicos son respuestas locales y sistémicas de las plantas frente al ataque de insectos y patógenos. El primer nivel de respuesta es local, implica la síntesis de fitoalexinas y puede o no incorporar el elemento apoptótico de "respuesta hipersensible". Los efectos posteriores son sistémicos, se manifiestan a distancia y vienen instados por la señalización secundaria. Las respuestas secundarias preparan a tejidos y órganos para defenderse de un proceso infectivo. El proceso determina un cambio substancial en el perfil metabólico de las células activas. Este suceso cobra un costo muy alto en la reserva energética del árbol

Existe un extenso repertorio de "metabolitos secundarios", presentes en concentraciones variables, en todos los tejidos vegetales adultos, cuya función primordial parece ser la defensa contra invasiones microbianas. 

Las fitoalexinas son compuestos que solo son disponibles por el árbol ante ataques de agentes externos como insecto o enfermedades fúngicas o bacterianas; y tienen por misión servir de alerta y de barrera inicial para evitar la propagación de bacterias u hongos patógenos dentro de los tejidos de la planta. (Sánchez 2011).

Se estima que más de 100.000 metabolitos secundarios son producidos por las plantas (Benintende, 2013). Las comunidades microbianas establecidas en los árboles son muy diversas; pueden variar incluso entre los que están situados uno al lado del otro; esta variabilidad hace que sea difícil cuantificar su actividad. En éste caso cada árbol posee una identidad microbiológica única; y el conocimiento sobre los factores que Influyen a los microorganismos presentes en las diferentes estructuras del árbol pueden tener importantes implicaciones en la productividad, conservación y preservación de cada individuo arbóreo, ya sea rural o urbano, así como en el funcionamiento de los ecosistemas forestales

¿Y LAS MICORRIZAS?

A pesar de su importancia para la nutrición vegetal no profundizare sobre ellas, sin embargo, puedo decir que han sido ampliamente estudiadas...

Las micorrizas son asociaciones de hongos benéficos, que también ayudan e incrementan el volumen de absorción de las sustancias minerales de la raíz y, por tanto, permiten una mayor exploración de la rizósfera, así los hongos participan en la nutrición de la planta, ya que las hifas del hongo se desarrollan en la raíz y emergen de ella explorando sitios del suelo, permitiendo la translocación de nutrientes (especialmente fósforo) y agua. A cambio la planta suministra al hongo fuentes de carbono procedentes del producto de la fotosíntesis, como así también un nicho ecológico protegido de los fenómenos de antagonismo microbiano en la rizósfera. (Koutsoudis, 2006). 

ACTIVIDAD MICROBIANA EN LOS ARBOLES

Los vecinos invisibles tienen sus propias limitaciones y es enfrentarse a la luz ultravioleta, esto lo han solucionado siendo solidarios, aportando sustancias de sus procesos metabólicos con quienes comúnmente cohabitan; de parte de las raíces reciben azucares por su colaboración, esto estimula a los microrganismos establecidos en la rizósfera para crecer y multiplicarse, en ese proceso los microorganismos desdoblan sales minerales, que llevan de manera soluble a las raíces, además de entregar fitohormonas y muchas más sustancias para las raíces que los absorben, este ciclo se repite de manera constante día y noche, siendo fundamental para los conocidos procesos de translocación, acumulación y de fotosíntesis entre otros más...

LO QUE ES ARRIBA ES ABAJO

"Visto desde el punto de vista evolutivo, la raíz es un apéndice (un órgano o un sistema de órganos, si se quiere) del organismo fotosintético, creado para aumentar el contacto con un medio y obtener de este un recurso el agua que ya no está́ tan presente como en el acuático. Así́, podríamos decir, que la raíz es un órgano "esclavo" de la copa: la zona fotosintética sigue siendo el "cerebro" y el "motor" del árbol". (Passola, 2006)

Las hojas Utilizan la energía del sol, además de agua y el dióxido de carbono que emiten los microrganismos del suelo, convirtiéndose en una potente fábrica de azucares, ya que los mecanismos fotosintéticos son los principales productores de glucosa del planeta, también producen oxigeno como subproducto, convirtiéndose así en un gran soporte para mantener la vida. En la zona superficial de la raíz se constituye una membrana compuesta por bacterias y mucilago vegetal denominado Rizoplano, que permite el paso de los nutrientes de acuerdo a los requerimientos del árbol convirtiéndose en una membrana selectiva. Las bacterias al ser estimuladas afectan las sustancias químicas del suelo, ayudando a disminuir el consumo energético del árbol, balanceando sus cargas, e intercambiando sustancias que facilitan la interacción de todos los habitantes del suelo.

Cuando un daño mecánico ocurre en el árbol, se liberan una cascada de sustancias químicas como fenoles y terpenos. Estos compuestos se liberan en el aire a través de las estomas de las hojas intentando alertar a sus vecinos del riesgo. Los daños mecánicos (como las podas) afectan el metabolismo del árbol y su consumo energético. El estrés por daño mecánico puede ocasionar cambios en el crecimiento de las raíces y deformaciones del árbol. Cuando un árbol tiene una herida infectada, restaura sus bordes químicamente y así impide que la infección se extienda al resto de la madera (zona de reacción) es entonces cuando lo árboles forman unos nuevos límites anatómicos y químicos que separan la parte infectada de la sana que continúa su forma; en este caso habrá construido una barrera. A este proceso de defensa de los árboles se le ha denominado en el CODIT "Compartimentalización". (Shigo, Al, 1984).

Las situaciones de estrés pueden durar minutos, horas, o incluso días, durante ese tiempo el árbol ocupa fotosintatos para defenderse, ante estas situaciones, se obliga a gastar su energía innecesariamente. Sin embargo, el árbol siempre intentará generar una regulación metabólica (no lo hará si se encuentra sin reservas) generando un exceso de consumo energético, que tenía reservado para emplear en situaciones normales de su propio metabolismo.

Ante condiciones de estrés, las hojas del árbol cierran las estomas para evitar perder cierta turgencia, los niveles de etileno se elevan, así como como el ácido abcisico, mientras que los niveles de fitohormonas (Giberelinas, Citoquininas y Auxinas) disminuyen, facilitando el ataque de insectos plaga o el ingreso de bacterias y/o hongos patógenos que disminuirán su potencial de vida. Estas y muchas más situaciones se generan cuando podamos o cortamos consientes o deliberadamente las ramas de los árboles.

La mayoría de los microorganismos que interactúan en la zona rizosférica de los árboles son organismos heterótrofos; es decir, son incapaces de sintetizar los azucares energéticos como fuente de carbono y deben obtenerlos ya sintetizados. Por lo tanto, esto también afecta a la dinámica de crecimiento microbiológico del suelo, recordando que "Lo que es arriba, es abajo"

Miguelángel Sierra C. 2020

RESEÑA BIBLIOGRÁFICA

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