Es confirma amb dades robustes que cada espècie té una identitat atòmica única

La combinació d’elements químics de cada espècie es diu elementoma i, com el genoma, varia d’una espècie a una altra segons la proximitat evolutiva i les condicions ambientals. Estudiar la composició elemental del éssers vius és un mètode tangible, senzill i universal que ens permet relacionar cada espècie amb la seva posició i funció a la natura.

De la mateixa manera que existeix un genoma, tots els éssers vius tenim també un elementoma propi, és a dir, estem composats pels elements de la taula periòdica en unes proporcions determinades. Així ho confirma un nou estudi liderat pel CREAF i publicat aquest gener a la revista Nature Ecology and Evolution en el que s’ha analitzat l’elementoma foliar de 227 espècies d’arbres d’arreu del món. De fet, de la mateixa manera que actualment es seqüencien els genomes per obtenir informació molt detallada dels éssers vius i dels seus gens, els autors proposen analitzar la composició elemental com un mètode tangible i quantificable per conèixer la funció i la posició de cada espècie a la natura a través de la seva composició química elemental.

“Totes les criatures vives de la Terra necessiten elements químics en quantitats i proporcions específiques per viure i créixer, que s’aprofiten en la construcció de molècules, teixits, organismes i comunitats. Les plantes, per exemple, dediquen esforços a capturar l’energia de la llum solar i per això necessiten magnesi en quantitats superiors que els animals.  Per contra, els humans, i els animals en general, hem de destinar molts recursos a moure’ns, a tenir més músculs, el que significa una gran acumulació d’estructures proteíniques i, per tant, de nitrogen”, comenta Jordi Sardans, investigador del CREAF i primer autor de l’estudi.

L'article confirma empíricament aquesta hipòtesis ja plantejada per la ciència fa un temps i ho fa amb un conjunt de dades robustes provinents de 227 espècies d’arbres de tot el món. Concretament, l’equip de recerca ha analitzat les concentracions de nitrogen, fòsfor, potassi, calci, magnesi i sofre de la biomassa foliar de 23,962 arbres d’arreu del mon que representen totes les latituds i ecosistemes.

“Per poder confirmar una hipòtesis d’aquesta magnitud necessites moltíssimes dades, nosaltres hem pogut fer-ho després d’anys d’analitzar les concentracions d’aquests elements en milers de mostres de fulles de tot el món” explica Jordi Sardans.

El que diu la química de nosaltres

Segons els resultats de l'estudi, l’elementoma de cada ésser viu és com un passaport que ens aporta informació a quatre nivells. En primer lloc, ens explica la relació parental amb altres éssers vius i ens permet identificar les especies al llarg dels arbres filogenètics clàssics. Com més properes estan dues espècies des d’un punt de vista evolutiu, més similar és el seu elementoma. De fet, entre el 60% i el 94% de les diferències que s’han observat en la composició de l’elementoma de les fulles analitzades es deuen a les diferències filogenètiques entre les espècies.

En segon lloc, l'anàlisi de la composició química de les fulles també conté informació sobre la resposta del éssers vius a les condicions ambientals. Segons els fenòmens externs als que està sotmès cada organisme, canvien les funcions que realitza, en reforça unes o en deixa de fer unes altres. En el cas estudiat, la composició elemental de les fulles de les diferents espècies d’arbres o dins d’una mateixa espècie varia segons el clima, la deposició de nitrogen i el tipus de sòl en què viu cada planta. Concretament, entre un 1 i un 7% de les diferències en l’elementoma de les diferents fulles que s’han estudiat  son conseqüència d’algun d’aquests tres factors. Segons Josep Peñuelas, professor del CSIC al CREAF "aquests efectes són moderats però significatius i independents del parentesc".

En tercer lloc, l'estudi demostra que les espècies coexistents i competidores tendeixen a diferenciar el seu nínxol biogeoquímic per tal de minimitzar la pressió competitiva. Quan dues espècies competeixen pels mateixos recursos, es comporten o funcionen de maneres alternatives i això també canvia la seva composició química. Aquesta situació diferencia encara més la composició química entre les espècies que coexisteixen en un mateix ecosistema, que entre aquelles que no ho fan.

Finalment, l'estudi confirma que les espècies que viuen en ambients molt canviants tenen una composició elemental més variable i plàstica. En canvi, les que viuen en ambients més estables tenen una composició més constant.

Un eina clau pels ecòlegs

L’estudi publicat a Nature Ecology and Evolution posa a l’abast un mètode tangible i quantificable per escatir i identificar la funció i posició de cada espècie a la natura, el nínxol ecològic, un dels paradigmes bàsics de l’ecologia i l’evolució de la vida al planeta.  Aquesta nova metodologia té moltes aplicacions, tant a l’ecologia teòrica com a l’aplicada, perquè connecta els canvis d’espècies en l’espai i el temps en relació als recursos bàsics, com ara l’aigua, l’aire i els components nutricionals provinents del sòl i de les roques, d’on les espècies vives extrauen els diferents elements que les formen.

“Un cop definim el nínxol biogeoquímic per l’elementoma de cada espècie, podem identificar els diferents nínxols ecològics de les diferents espècies al llarg dels gradients i escales geogràfiques, com també al llarg del temps, seguint els canvis evolutius a traves dels canvis en la composició atòmica dels organismes o d’una part representativa i comparable  entre ells. Fins ara, no haviem estat capaços de tenir una metodologia que de forma  material, tangible i universal ens permetés identificar i seguir de forma pràctica el nínxol ecològic”, conclou Peñuelas.

Article

Sardans, J., Vallicrosa, H., Zuccarini, P., Farré-Armengol, G., Fernández-Martínez, M., Peguero, G., ... & Peñuelas, J. (2020). Empirical support for the biogeochemical niche hypothesis in forest trees. Nature Ecology & Evolution, 1-11.