Ramon Torre 2020d

CREAF: L’ozó afecta les plantes, els insectes i els microorganismes i és ja una amenaça per a la biodiversitat mundial

Les plantes tenen una resistència variable a l'ozó i, en conseqüència, el seu increment pot canviar la composició d'espècies d'un territori.

L'ozó disminueix el valor nutricional de les fulles i altera els missatges químics dels éssers vius, de manera que el seu augment provoca un efecte en cascada que acaba modificant les poblacions d'insectes i microorganismes de sota terra.

L'ozó

L'ozó (O₃) és un gas molt oxidant i, com a tal, en altes concentracions afecta la salut dels éssers vius. Per desgràcia, la seva concentració a l'atmosfera ha augmentat considerablement des del període preindustrial i es preveu que seguirà elevada, o fins i tot augmentarà encara més, a moltes regions durant les pròximes dècades.

Hi ha dos tipus d'ozó en funció de la seva distància a l'atmosfera. D'una banda, el que forma la capa d'ozó a l'estratosfera (capa de l'atmosfera situada entre 12 i 40 km de distància de la biosfera), es genera de forma natural i és beneficiós perquè absorbeix la radiació ultraviolada i actua com un filtre. D'altra banda, l'ozó troposfèric, objecte de l’estudi que passem a comentar, està situat a la baixa atmosfera i és considerat un contaminant secundari ja que es produeix a partir de gasos precursors com els òxids de nitrogen, producte de la crema de combustible, entre d'altres.

Estudi publicat a Science Advances, en què ha participat Josep Peñuelas, professor del CSIC al CREAF. 

Aquest mes d'agost, s’ha publicat l’estudi Ozone affects plant, insect, and soil microbial communities: A threat to terrestrial ecosystems and biodiversity on s’alerta que aquest gas invisible pot alterar l’estructura i el funcionament dels ecosistemes terrestres i amenaçar la biodiversitat de plantes, insectes i microorganismes del sòl a molts llocs del món.

L’estudi presenta uns resultats inèdits que conclouen que al 2100 les zones del món amb més endemismes, com la conca mediterrània, les illes del Atlàntic de l’hemisferi nord, Etiòpia, l’Àfrica equatorial, la costa de la Índia, l’Himàlaia, el sud d’Àsia i el Japó, seran les zones que més patiran els efectes d’aquest contaminant oxidant en la seva biodiversitat.

L'estudi ha estat liderat pel professor Evgenios Agathokleous de la Nanjing University of Information Science & Technology (NUIST) i hi han participat 20 investigadors d'arreu del món, entre ells Josep Peñuelas.

Per entendre les conseqüències que l'ozó pot provocar en plantes, insectes i microorganismes, els equips de recerca han fet una revisió dels articles més rellevants en aquests àmbit i els han complementat amb experiments reals, sotmetent organismes vius a diferents concentracions d'ozó. Els resultats han demostrat que cada planta té una tolerància diferent a aquest gas i que, per aquest motiu, quan una zona s’exposa a altes concentracions d’ozó, la composició de plantes canvia perquè algunes es debiliten i són desplaçades, altres moren i altres resistents es fan predominants. A banda d’això, l’estudi recalca que les plantes en general pateixen canvis en la química de les fulles, en els compostos olorosos que segreguen, en el seu creixement i  vigorositat i en el seu valor nutricional, entre d’altres. Canvis amb conseqüències en cascada pels insectes i la vida sota terra, que depenen d’aquestes fragàncies per comunicar-se i que necessiten vegetació amb una bona qualitat nutricional per alimentar-se o reproduir-se.

L’ozó transforma la química natural 

Els resultats coincideixen i demostren que aquest gas altera la química de les fulles i modifica els compostos químics o fragàncies que segreguen els éssers vius per comunicar-se. Per una banda, això fa disminuir la producció de fulles i la seva qualitat o mida. Per altra, l'ozó provoca confusió entre els insectes que busquen plantes pol·linitzadores per alimentar-se o fulles on pondre els ous, això fa baixar el seu èxit reproductiu i la seva massa corporal. Igualment, modifica les relacions entre les plantes i els herbívors, o destrueix els avisos que emeten les plantes per comunicar-se entre elles davant d’un patogen, deixant-les més exposades davant el seu atac, per posar alguns exemples. Segons Josep Peñuelas, la química de la vida és tan imperceptible com rellevant, i així ens ho demostra un gas oxidant com l’ozó, capaç de provocar canvis en l’abundància i diversitat d’alguns insectes i plantes, alterar tota una comunitat i fer-ho només mitjançant reaccions químiques, de forma silenciosa i invisible.

L’estudi demostra, per tant, que la contaminació per ozó, no només canvia la composició de plantes, sinó que també modifica les comunitats d’insectes perquè en fa variar l’abundància de certes espècies d’insectes i el conjunt de la diversitat.

En aquesta imatge de l’estudi es reflecteixen els efectes de l'ozó elevat (O₃) sobre els processos dels ecosistemes subterranis. Processos ecològics que es produeixen a nivell dels ecosistemes i els fulls de forma natural (no contaminada) ecosistema (A) versus un ecosistema pertorbat per l'augment dels nivells d'O₃ (B). Les icones grises representen la pèrdua de diversitat d’insectes o plantes, però no per a determinades espècies. O₃ redueix la taxa de creixement i la biomassa de les plantes (inclosos els arbres forestals) (I). Les espècies de fulla caduca solen ser més susceptibles que les de fulla perenne i les de fulla d’agulla (I). L’O₃ també pot reduir la riquesa d’espècies vegetals i alterar la composició comunitària (II). O₃ redueix l’abundància d’espècies d’insectes però no la riquesa d’espècies en ecosistemes forestals (III). O₃ i OH degraden COV biogènics (BVOCs), impedint així la comunicació planta-pol·linitzador (IV). Pot ser que hi hagi interaccions O₃-planta-insectes força complexes i específiques. L’O₃ inhibeix les emissions d’isoprè, augmenta les emissions de monoterpens en espècies de fulla perenne tolerants, redueix la mida foliar, indueix la prematuritat del fullatge (V i I) i augmenta la susceptibilitat de les plantes a insectes i patògens (I i VI). En altres casos, l’O₃ indueix l’acumulació de compostos fenòlics en fulles, minvant l’herbivori pels insectes (reduint així l’abundància d’insectes), per tant augmenta la mortalitat dels insectes i inhibeix el creixement de la seva massa corporal (VII). O₃ també altera la fitoquímica foliar, cosa que impedeix l'oviposició d'insectes (VIII).

Enemic invisible també sota terra 

D’altra banda, l’estudi ha comprovat que una concentració d’ozó elevada és capaç d’empobrir les comunitats de microorgansimes que viuen sota terra i perjudicar el reciclatge de nutrients, la retroalimentació entre el sòl i les plantes i els cicles globals del carboni o del nitrogen. El seu efecte comença accelerant el procés d’envelliment de la fulla, que fa disminuir la qualitat, la qualitat i els moments en que hi ha fullaraca al terra, però també perjudica a la robustesa de les arrels i en conjunt fa que el procés de descomposició sigui pitjor i que la biomassa microbiana sigui més petita. A nivell molecular, l’estudi recopila estudis que demostren que l’ozó canvia  l’expressió dels gens microbians que participen en el cicle del carboni, o que fa davallar la capacitat de fixar nitrogen en cultius de plantes lleguminoses, per exemple. Segons Peñuelas, comprendre els efectes de la contaminació per ozó posa nous reptes sobre la taula que s’hauran de tenir en compte en les polítiques i estratègies mundials de preservació de la biodiversitat.

Aquest fenòmen es recull a una altra imatge de l’estudi on es compara un holobiont saludable en un ambient net (amb nivells naturals d’O₃ de fons), on es produeixen FPS (Plant-Soil feedback) mútuament beneficiosos (A), versus un holobiont suprimit i alterat pel que fa a les FP a causa de l'O₃ (B). Les icones grises representen la pèrdua de biomassa microbiana, però no per a determinades espècies. O₃ disminueix la biomassa arrel, redueix la quantitat i afecta la qualitat de la fullaraca i de les d’arrels, afectant potencialment la macrofauna, la descomposició i el ciclisme de nutrients que nodreixen els sòls. O₃ pot ser influeix en la composició química de les arrels i els seus exsudats solubles, incloent una exsudada reduïda d'alguns enzims extracel·lulars (per exemple, β-glucosidasa). La taxa de descomposició pot augmentar o disminuir específicament per espècies. La biomassa microbiana del sòl també disminueix. L’O₃ altera la composició i l’estructura de les comunitats microbianes del sòl, sent probablement més susceptibles a l’O₃ que els bacteris. Alguns bacteris de fixació de N són promoguts per O₃, però la fixació de N es redueix per O₃ en altres estudis. Alguns bacteris desnitrificants també són promoguts per l'O₃, i l'abundància d'alguns bacteris nitrificants es pot reduir o augmentar per causa de l’O₃. La disminució de la biomassa microbiana pertorba les taxes de ciclisme de N i C com a feedback, potencialment reduint l’N₂O i emmagatzemant menys C a la rizosfera.