Se confirma con datos robustos que cada especie tiene una identidad atómica única

La combinación de elementos químicos de cada especie se llama elementoma y, como el genoma, varía de una especie a otra según la proximidad evolutiva y las condiciones ambientales. Estudiar la composición elemental de los seres vivos es un método tangible, sencillo y universal que nos permite relacionar cada especie con su posición y función en la naturaleza.

Del mismo modo en que existe un genoma, todos los seres vivos tenemos también un elementoma propio; es decir, estamos compuestos por los elementos de la tabla periódica en unas proporciones determinadas. Así lo confirma un nuevo estudio liderado por el CREAF y publicado en enero en la revista Nature Ecology and Evolution, en el que se ha analizado el elementoma foliar de 227 especies de árboles de todo el mundo. De hecho, de la misma manera en que actualmente se secuencian los genomas para obtener información muy detallada de los seres vivos y de sus genes, los autores proponen analizar la composición elemental como un método tangible y novedoso para conocer la función y la posición de cada especie en la naturaleza a través de su composición química elemental.

"Todas las criaturas vivas de la Tierra necesitan elementos químicos en cantidades y proporciones específicas para vivir y crecer, elementos que se aprovechan en la construcción de moléculas, tejidos, organismos y comunidades. Las plantas, por ejemplo, dedican esfuerzos a capturar la energía de la luz solar y por ello necesitan magnesio en cantidades superiores que los animales. Por el contrario, los humanos y los animales en general, tenemos que destinar muchos recursos a movernos, a tener más músculos, lo que significa una gran acumulación de estructuras proteicas y, por tanto, de nitrógeno ", comenta Jordi Sardans, investigador del CREAF y primer autor del estudio.

El artículo confirma empíricamente esta hipótesis ya planteada por la ciencia hace un tiempo, y lo hace con un conjunto de datos robustos procedentes de 227 especies de árboles de todo el mundo. Concretamente, el equipo de investigación ha analizado las concentraciones de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre de la biomasa foliar de 23.962 árboles que representan todas las latitudes y ecosistemas.

"Para poder confirmar una hipótesis de esta magnitud necesitas muchísimos datos. Nosotros hemos podido hacerlo después de años de analizar las concentraciones de estos elementos en miles de muestras de hojas de todo el mundo" explica Jordi Sardans.

Lo que dice la química de nosotros

Según los resultados del estudio, el elementoma de cada ser vivo es como un pasaporte que nos aporta información a cuatro niveles. En primer lugar, nos cuenta la relación parental con otros seres vivos y nos permite identificar las especies a lo largo de los árboles filogenéticos clásicos. Cuanto más próximas están dos especies desde un punto de vista evolutivo, más similar es su elementoma. De hecho, entre el 60% y el 94% de las diferencias que se han observado en la composición del elementoma de las hojas analizadas se deben a las diferencias filogenéticas entre las especies.

En segundo lugar, el análisis de la composición química de las hojas también contiene información sobre la respuesta de los seres vivos a las condiciones ambientales. Según los fenómenos externos a los que está sometido cada organismo, éste cambia las funciones que realiza, refuerza unas o deja de ejercer otras. En el caso estudiado, la composición elemental de las hojas de las diferentes especies de árboles y la de dentro de una misma especie varían según el clima, la deposición de nitrógeno y el tipo de suelo en que vive cada planta. Concretamente, entre un 1% y un 7% de las diferencias en el elementoma de las diferentes hojas que se han estudiado son consecuencia de alguno de estos tres factores. Según Josep Peñuelas, profesor de investigación del CSIC en el CREAF "estos efectos son moderados pero significativos e independientes del parentesco".

En tercer lugar, el estudio demuestra que las especies coexistentes y competidoras tienden a diferenciar su nicho biogeoquímico para minimizar la presión competitiva. Cuando dos especies compiten por los mismos recursos, se comportan o funcionan de maneras alternativas, y eso también cambia su composición química. Esta situación diferencia aún más la composición química entre las especies que coexisten en un mismo ecosistema, que entre aquellas que no lo hacen.

Finalmente, el estudio confirma que las especies que viven en ambientes muy cambiantes tienen una composición elemental más variable y plástica. En cambio, las que viven en ambientes más estables tienen una composición más constante.

Una herramienta clave para los ecólogos

El estudio publicado en Nature Ecology and Evolution pone al alcance un método tangible y cuantificable para dilucidar e identificar la función y posición de cada especie en la naturaleza, el nicho ecológico, uno de los paradigmas básicos de la ecología y la evolución de la vida en el planeta. Esta nueva metodología tiene muchas aplicaciones, tanto en la ecología teórica como en la aplicada, porque conecta los cambios de especies en el espacio y el tiempo en relación a los recursos básicos, como el agua, el aire y los componentes nutricionales procedentes del suelo y de las rocas, de donde las especies vivas extraen los diferentes elementos que las forman.

"Una vez definido el nicho biogeoquímico por el elementoma de cada especie, podemos identificar los diferentes nichos ecológicos de las diferentes especies a lo largo de gradientes y escalas geográficas, así como a lo largo del tiempo, siguiendo los cambios evolutivos a través de los cambios en la composición atómica de los organismos o de una parte representativa y comparable entre ellos. Hasta ahora, no habíamos sido capaces de tener una metodología que de forma material, tangible y universal nos permitiera identificar y seguir de forma práctica el nicho ecológico ", concluye Peñuelas.

Artículo

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.