Las sabanas son ecosistemas importantes que cubren amplias zonas del planeta en África, América y Australia. Se encuentran en áreas que por sus condiciones climáticas podrían llegar a soportar bosques tropicales, y conviven grandes extensiones de hierbas altas con árboles. Se sabe que estos ecosistemas dependen de un equilibrio en el que desempeñan un papel importante los grandes herbívoros que los habitan y los incendios que regularmente les afectan. Así, cuando el fuego y los herbívoros se mantienen alejados, las sabanas llegan a convertirse en bosques. Sin embargo, si los árboles se queman, no crecen y el bosque lentamente se convierte en sabanas y praderas. Este paradigma explica la dinámica de las sabanas hoy en día, pero queda corto por describir su origen, hace unos 20 millones de años.

Un estudio publicado recientemente en la revista Nature Plants por investigadores de la Universidad de las Islas Baleares, de la Universidad Nacional de Australia y de la Universidad de Sheffield aporta, por primera vez, pruebas experimentales directas sobre los mecanismos fisiológicos que explicarían la dinámica de árboles y hierbas en el marco de las condiciones climáticas de mayor sequía y menor presencia de CO₂ en la atmósfera hace 20 millones de años, y que llevaron a la aparición de las sabanas.

El estudio recoge las conclusiones del trabajo realizado desde 2014 sobre los factores intrínsecos de susceptibilidad de los bosques y sabanas. Se sabe que las sabanas evolucionaron bajo la disminución de la concentración de CO₂, acompañada de un aumento de la estacionalidad de la sequía (una variación marcada entre la estación húmeda y la seca). Este descenso del CO₂ fue impulsado principalmente por el levantamiento de montañas como el Himalaya, ya que, cuando se meteorizó la roca de silicato, los iones de calcio y magnesio resultantes se depositaron en las camas oceánicas y «atraparon- hi» el CO₂.

Procedimiento innovador

A diferencia de los estudios previos, que hasta ahora se habían limitado a aproximaciones teóricas y elaboraciones de modelos computacionales, los autores del presente trabajo llevaron a cabo un nuevo estudio que comparó de forma directa el efecto de la sequía y la concentración de CO₂ en tres tipos de plantas: un árbol de bosque, un árbol de sabana y una hierba de sabana. Para ello, se evaluó la asimilación, la respiración, la transpiración de agua, el estado hídrico de la planta, el contenido de almidón en las hojas y las raíces durante meses en diferentes condiciones de riego y de concentración de CO₂.

Hasta ahora no se había realizado ningún otro experimento comparativo complejo de esta naturaleza, por lo que el estudio aporta por primera vez pruebas experimentales directas y valiosas sobre las respuestas entre los árboles y las hierbas, de las que anteriormente no existen, y que proporcionan información sobre cómo las diferencias fisiológicas podrían haber contribuido a la expansión de las gramíneas C4 hace 20 millones de años.

Según Chandra Bellasio, investigador colaborador de la UIB en el grupo de investigación de Biología de las Plantas en Condiciones Mediterráneas (PLANTMED), «nuestro estudio demuestra que, mientras que los árboles se vieron favorecidos por un alto nivel de CO₂, el árbol de bosque fue el más perjudicado por los bajos niveles de CO₂ y la sequía prolongada, pero al mismo tiempo retrasó la respuesta a la sequía y fue capaz de reducir la respiración».

Según los investigadores, la respuesta del árbol de bosque puede ser una adaptación que confiere ventajas en los bosques, pero puede ser contraproducente en un escenario de sequía prolongada.

Los árboles sufren la combinación de sequía y bajos niveles de CO₂, lo que puede llevar a la mortalidad de ramas o árboles. Los huecos en la cubierta vegetal hacen posible el crecimiento de las hierbas, lo que a su vez puede sostener la presencia de herbívoros (en suelos ricos) e incendios (en suelos pobres), condicionando el ecosistema para arrastrar ciclos de perturbación que conducen a la aparición de la sabana.

Así, un nivel elevado de CO₂ puede ayudar a los árboles a crecer más rápidamente y escapar del fuego y de los herbívoros. Una vez que los árboles superan a las gramíneas, les hacen sombra y las gramíneas no pueden hacer nada al respecto. Los árboles ganan. Pero, curiosamente, los árboles de la sabana están mal adaptados a la sombra, por lo que el ciclo no se detiene cuando los árboles de la sabana crecen más que las gramíneas, sino que los árboles del bosque crecen más que los árboles de la sabana gracias a la sombra que les proporciona su vecino.

Por tanto, la transición del bosque a la sabana y viceversa podría estar condicionada por las ventajas y desventajas específicas de los árboles. Las hierbas habrían tenido un papel menos activo de lo que pensaba, como espectadores oportunistas dispuestos a aprovechar las debilidades de los árboles. Un papel oportunista similar lo habrían hecho los herbívoros y el fuego, aprovechando la creciente proporción de gramíneas en los ecosistemas de apertura. Los árboles y sus debilidades serían entonces los protagonistas principales de la aparición de la sabana.

El estudio se ha llevado a cabo en el marco del proyecto CDREG, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) y liderado por la Universidad de Sheffield con la participación de investigadores de la Universidad de las Islas Baleares y la Universidad Nacional de ‘Australia.