Los organismos frente al cambio global

Aunque el pasado 22 de abril se celebró el Día de la Tierra, resulta irónico pensar que a nivel mundial nos encontramos en una situación medioambiental crítica debido al cambio climático..

Pero ¿qué es el cambio climático?

Su significado más literal corresponde a la variación en los parámetros estadísticos que hay en los sistemas climáticos en distintos periodos de tiempo. Sin embargo, cuando se habla de Cambio Climático en la cotidianidad, se refiere a las alteraciones producidas por el ser humano en el medioambiente, lo que también se conoce como Cambio Climático Antropogénico, y es lo que nos preocupa en la actualidad.

Algunos ejemplos de este son variaciones en la naturaleza como la deforestación, la acumulación de plásticos y residuos, los incendios forestales y el aumento en las concentraciones de gases de efecto invernadero. Siendo este último la causa principal de una de las consecuencias más preocupantes: el aumento en la temperatura media de la superficie del planeta.

Figura 1. Aumento en la temperatura media de la superficie de la tierra durante los últimos 140 años con respecto al promedio de 1951-1980 (NASA, 2019).

Esta -la temperatura media- ha llegado a tal punto, que en el año 2019 fue casi 1°C más alta con respecto al promedio de 1951 a 1980. Además, se proyecta que para el año 2050 se llegue a 2°C.

Las cifras anteriores son altamente preocupantes para los expertos porque el aumento de la temperatura en el planeta esta correlacionado con eventos climáticos extremos, como problemas en la agricultura, enfermedades infecciosas emergentes y problemas para la adaptación térmica de los organismos. El fenómeno anterior descrito se conoce como calentamiento global.

Funcionamiento de los organismos

Dentro de la biología existe una rama que se denomina Biología Funcional de los organismos, que estudia las comparaciones de las funciones y mecanismos que rigen procesos moleculares o celulares en diferentes taxones -grupos de clasificación científica- bajo distintos ambientes físicos, químicos o biológicos. Su importancia radica en que nos permite sacar conclusiones y observar los cambios que generan en su comportamiento.

Algunas de las funciones biológicas que interesan a esta rama de estudio son la mantención, supervivencia y reproducción. Para lo cual examinan procesos asociados a mecanismos de regulación de oxígeno, de temperatura, de pH, de osmóticos y endocrinológicos.

Desafíos de los organismos frente al calentamiento global

Como resultado del calentamiento global, la temperatura de los océanos y de los suelos están en aumento, lo que con ello causa que los ecosistemas se enfrenten a desafíos adaptativos para los organismos que en ellos habitan, ya sean endotermos (producen su calor), ectotermos (obtienen su calor del medio), poiquilotermos (su temperatura varia) u homeotermos (mantienen constante su temperatura).

Estrés Térmico.

Los diversos organismos existentes poseen distintos rangos de temperatura en los cuales pueden desarrollarse y vivir, este intervalo se conoce como zona de sobrevivencia y tiene límites: la temperatura critica inferior y la temperatura critica superior. De prolongarse la exposición a éstas se arriesga hipotermia o hipertermia respectivamente y, en el peor de los casos, la muerte.

El acelerado aumento de la temperatura desafía la capacidad adaptativa de los organismos, poniéndolos a prueba con estreses térmicos cada vez más prolongados o intensos. Incluso, así lo vivió la población de Europa con la ola de calor en 2003, donde se estima que fallecieron cerca de 70.000 personas debido a los efectos de las altas temperaturas.

No obstante, los seres vivos cuentan con mecanismos que les permiten sobrellevar las altas o bajas temperaturas y el estrés térmico que estos extremos generan. Algunos de estos son: la sudoración, hidratación, la producción de una capa cerosa (en las plantas), piloerección, entre muchos otros.

Además, existen mecanismos reparatorios de los efectos del estrés térmico, como lo es la función de las proteínas de estrés térmico, quienes reparan o eliminan proteínas inoperantes a causa de la ruptura de sus uniones moleculares débiles (puentes de hidrogeno, fuerzas de van der Walls e interacciones hidrofóbicas).

Polifenismo sexual térmico.

Figura 2. Ilustración de un tetraquark compuesto por dos quarks charm y dos antiquarks charm, detectado por primera vez por la colaboración del LHCb en el CERN (Imagen: CERN).

A nivel fisiológico, lo que ocurre son modificaciones en la enzima aromatasa, que tiene la capacidad de transformar hormonas androgénicas (encargadas de la expresión de caracteres sexuales masculinos) en hormonas estrogénicas (encargadas de la expresión de caracteres sexuales femeninos).

Además, en temperaturas cercanas a los 26°C ocurre que la enzima desmetilasa KDM6B afecta la histona H3, promoviendo la expresión del gen DMRT1 que es el gen determinante del sexo masculino. Este es un mecanismo epigenético de plasticidad fenotípica ante cambios de temperatura.

El aumento de la temperatura media de la superficie del planeta se ve reflejado en aumentos en temperaturas de las arenas de las playas en las que anidan las tortugas, lo que produce una disminución en la cantidad de machos de las especies, y por lo tanto un problema en sus dinámicas poblacionales. Este escenario se repite con otras especies de reptiles.

Adaptación de la tasa fotosintética ante el aumento de las temperaturas.

Si bien la tasa fotosintética está regulada y modelada por múltiples factores como lo son el porcentaje de humedad ambiental, la presencia de carbono, la luz, etc., también está relacionada a las diferencias de temperatura.

Las plantas se pueden dividir en 3 tipos de metabolismos, C3, C4 y CAM, los cuales pueden ser comparados entre ellos por distintos factores, aunque en este contexto nos interesa más entender que son distintas maneras de obtención de glucosa y energía para las plantas.

Figura 3. Gráfico que representa la tasa fotosintética en función del aumento de la temperatura de la hoja (Temperature response of photosynthesis in C3, C4, and CAM plants: temperature acclimation and temperature adaptation).

Este grafico nos permite observar los rangos fotosintéticos en distintos grupos de plantas diferenciados por su metabolismo. Si bien cada uno tiene su rango normal, lo que se puede desprender fácilmente es que las altas temperaturas (en las hojas) terminan por hacer que decrezca la tasa fotosintética, afectando la producción de energía en las plantas.

El aumento de la temperatura a nivel global pondrá en peligro la capacidad adaptativa que tengan las plantas para poder sobrellevar esto y mantener tasas fotosintéticas óptimas para su desarrollo.

El cambio climático antropogénico y el calentamiento global son amenazas para la biodiversidad ya que generan cambios abruptos en los parámetros climáticos, y por consiguiente los seres vivos se ven expuestos a eventos climáticos extremos ante los cuales se verá puesta a prueba la capacidad adaptativa de los organismos.