(Casillas, Espinosa Asuar, & Vélez, 2021)
Los ciclos biogeoquímicos que suceden en la Tierra son una serie de procesos que vinculan a los organismos con los elementos químicos más importantes para la vida. Es por ello, que el entender los mecanismos por los cuales estos elementos peregrinan en ciclos más allá de nuestra percepción, es de utilidad para comprender el funcionamiento de nuestro planeta.
Después de la “gran explosión” que ocurrió hace aproximadamente 13,800 millones de años, se originó el Universo. Los primeros átomos que se formaron fueron los del Hidrógeno (H) y los del Helio (He). Transcurridos unos 550 millones de años más, surgió la primera generación de estrellas. Después de un tiempo, estrellas súper masivas de vida corta generaron altas presiones y temperaturas extremas, lo que hizo que estallaran como supernovas. Esto, dio lugar a la formación de sistemas estelares donde elementos básicos tales como el Carbono (C), el Oxígeno (O), el Nitrógeno (N), el Fósforo (P) y el Azufre (S) ya se encontraban presentes. Dentro de estos sistemas estelares se formó nuestro Sistema Solar, y la Tierra, donde la presencia de C, H, O, N, P y S, representó una pieza clave para el inicio y desarrollo de la vida. A pesar de que sólo representan una pequeña porción de la totalidad de elementos químicos que existen en el Universo, estos elementos son los más abundantes.
Más allá de los elementos C, H, O, N, P, S, los científicos han identificado a la amplia variedad de elementos químicos que también son importantes para la vida y cuyo papel varía entre los diferentes organismos. Esto es relevante, ya que la relación existente entre los seres vivos y los elementos químicos está estrechamente vinculada a sus procesos evolutivos y a la historia geológica de nuestro planeta. Es por lo que estudiar todos los elementos químicos relacionados con la vida es de gran interés para la ciencia, ya que se ayuda a comprender cómo se transforma e intercambia la energía y la materia entre los organismos vivos y su ambiente.
Los elementos químicos se unen entre sí por medio de enlaces que requieren de una gran cantidad de energía para formarse y, a su vez, los compuestos químicos que forman, se descomponen en moléculas más simples mediante la ruptura de estos enlaces, liberando mucha energía durante el proceso. En suma, la energía que se mueve durante todas estas reacciones aporta estructura y funcionalidad a los organismos vivos.
En los ecosistemas existen ciertos grupos taxonómicos de microorganismos, que al ser muy abundantes y poseer metabolismos únicos, desempeñan un papel indispensable en los ciclos de nutrientes. Algunos de estos microorganismos son hongos de delicadas hifas, estructuras celulares filamentosas que llegan a formar halos de colores al observarlas con un microscopio.
Los hongos microscópicos tienen una amplia variedad de formas y estructuras. Pueden ser unicelulares, como algunas levaduras, o desarrollar hifas, las estructuras filamentosas mencionadas previamente, que forman un entramado de redes que recibe el nombre de micelio. Debido a su estructura y metabolismo las hifas pueden transportar, por medio del micelio, diferentes compuestos y elementos químicos de un lado a otro, como si fueran una gran vía distribuidora.
Los hongos y los ciclos biogeoquímicos
La aparición de los hongos, o sea del llamado reino Fungi, se remonta al Precámbrico medio y tardío, hace unos 1,430-1,542 millones de años. Sin embargo, no fue hasta el Devónico, hace 419 millones de años, que se diversificaron los principales grupos taxonómicos.
A lo largo de la historia geológica y con base en el registro fósil, sabemos que los hongos siempre han desempeñado un papel crucial en los ciclos biogeoquímicos de los ecosistemas terrestres. Se cree que el establecimiento de asociaciones simbióticas con las primeras plantas terrestres les permitió a los hongos colonizar estos ambientes a finales del Ordovícico y principios del Devónico, es decir entre 485 y 419 millones de años.
Las primeras plantas terrestres parecidas a briofitas, a principios del Devónico (hace 400 millones de años), tenían asociaciones endofíticas que se asemejan a las micorrizas vesiculares-arbusculares (se hablará de las micorrizas más adelante), incluso antes de que las raíces evolucionaran.
Se ha formulado la hipótesis de que el desarrollo del mutualismo planta-hongo precedió al desarrollo de las raíces, un evento que fue crucial para que las plantas pudieran colonizar la tierra. Lo anterior se sustenta en que las raíces evolucionaron gradualmente a partir de los rizomas proporcionando así hábitats más adecuados para los hongos micorrízicos, y las plantas ganaron ramificaciones complejas que beneficiaron a las hojas en la obtención de agua y nutrientes. También se han formulado hipótesis de que cuando las plantas terrestres colonizaron la tierra, transformaron los hábitats dando lugar a ambientes que pudieron ocupar los hongos como organismos heterótrofos. Es decir, cuando las plantas desarrollaron estructuras como las hojas, troncos y raíces, con compuestos como la cutina y la suberina, los hongos los aprovecharon como un sistema protector contra la desecación y la radiación característicos de los ecosistemas terrestres. La cutina y la suberina son compuestos químicos que proveen a la cutícula de las plantas una barrera de protección que reduce la pérdida de agua y difusión de gases. Es muy posible que este mismo sistema también fuera benéfico para microorganismos descomponedores terrestres. Otras estimaciones, que han utilizado relojes moleculares, sugieren que, gracias a la interacción entre algas y bacterias, ocurrió una colonización anterior, hace aproximadamente 600 millones de años.
Posteriormente, durante el Carbonífero (entre 359 millones y 299 millones de años), hubo una gran acumulación de Carbono en el suelo, atribuida en gran medida a la poca descomposición de la lignina, un polímero que producen las plantas leñosas primitivas. Existen tres posibles explicaciones de esta acumulación:
- Los hongos de ese periodo no habían desarrollado por completo mecanismos de degradación eficientes para este tipo de compuestos,
- A pesar de tener capacidades para degradar la lignina, los hongos no eran lo suficientemente abundantes en los ambientes terrestres como para degradar la gran cantidad de material orgánico disponible,
- Debido a factores climáticos, como fueron principalmente las bajas temperaturas, que provocaron que los procesos de degradación fueran deficientes.
Por ello, los paleobotánicos consideran que no fue hasta el Pérmico (entre 299 y 251 millones de años) que posiblemente se dio la degradación fúngica eficiente de la lignina, principalmente por hongos pertenecientes a la división Basidiomycota, ya que es cuando se observa finalmente la disminución de la acumulación de carbono orgánico en el registro fósil de suelos dado durante el Carbonífero. De hecho, estudios sobre la evolución de las vías metabólicas para la degradación de lignina, en gran medida restringida a los hongos en las divisiones Basidiomycota y Ascomycota, sostienen que éstas se originaron entre finales del Carbonífero y principios del Pérmico. También es posible que ya existieran algunas bacterias degradadoras de lignina que intervinieran en el proceso, ya que en algunas de ellas evolucionó la capacidad para utilizar productos liberados de sustratos orgánicos complejos que son el resultado de la actividad de enzimas extracelulares de hongos.
En la actualidad, los hongos siguen influyendo de forma significativa en la dinámica de los ciclos biogeoquímicos de todos los ecosistemas, ya sea alimentándose de la materia orgánica en descomposición, como los hongos saprobios que adquirieron importantes cantidades de elementos químicos C, H, O, N, P, S, estableciendo relaciones mutualistas en las que se benefician dos o más organismos e involucran el intercambio de nutrientes con otros organismos vivos, o como parásitos, que se nutren consumiendo partes de otros organismos vivos y, en casos extremos, provocándoles la muerte.
Actualmente algunos hongos representan un alimento para diversos organismos tales como protozoarios, artrópodos, nematodos, bacterias e incluso macroorganismos como el humano. También pueden establecer relaciones de competencia con otros hongos, así como con bacterias y otros microorganismos. Es decir, los hongos son importantes eslabones de las cadenas alimenticias.
Referencias:
Casillas, C., Espinosa Asuar, L., & Vélez, P. (Enero de 2021). EL HALO INFINITO DE LA QUÍMICA: LOS HONGOS DEL SUELO Y LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS. Obtenido de Oikos UNAM: https://web.ecologia.unam.mx/oikos3.0/index.php/articulos/hongos-y-suelo
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