Es necesario reconocer que todos los seres son interdependientes y que toda forma de vida
independientemente de su utilidad, tiene valor para los seres humanos.
Primer principio- Carta de la Tierra
INTRODUCCIÓN
La teoría Gaia postula que las condiciones de la Tierra han sido modificadas y han surgido por efecto de la propia vida. Antes de ser formulada, se aceptaba que la Tierra habría evolucionado independientemente de la presencia de los seres vivos, y estos se habrían ido adaptando a esas condiciones cambiantes.
Gaia propone que una vez dadas las condiciones para que surgiera la vida en la Tierra, la propia comunidad de seres vivos ha sido la principal responsable de los cambios operados en el planeta.
Así, fueron los procesos metabólicos de fotosíntesis y respiración de las primeras células, los responsables de la formación de la atmosfera primitiva que hizo posible la evolución.
Gaia propone que vida y medio ambiente interaccionan, comportándose como un todo, diluyendo las diferencias entre materia orgánica e inorgánica, configurando un sistema en el que una y otra se nutren mutuamente.
Lynn Margulis expone que la química de la atmósfera y la salinidad de los océanos, no son fortuitas, están relacionadas con la respiración de trillones de microorganismos que la modifican.
Por otro lado, la acción de la materia orgánica con sus trasformaciones y reutilizaciones y la intervención de los microorganismos en los ciclos biogeoquímicos, han venido modificando la Tierra haciéndola un lugar acogedor para la perpetuación de la vida.
Lección 6: Ingenieros del suelo
Se denomina “Ingenieros del Suelo” a aquellos organismos que producen estructuras físicas con las cuales modifican la disponibilidad o accesibilidad de recursos para otros organismos. Su actividad y producción de estructuras biogénicas pueden modificar la abundancia o la estructura de otras comunidades de organismos. (Jones et al., 1994, 1997).
Se consideran como Ingenieros de fenotipo extendido, aquellos que modifican el suelo para su propio beneficio como las hormigas y las termitas.
De otra parte, los Ingenieros accidentales, transforman el suelo pero no se benefician directamente de ello. Es el caso de las lombrices.
La mesofauna cumple un papel fundamental en la bioformación de suelo. Son estos organismos los encargados de labrar el suelo y fraccionar los desechos vegetales y animales para que posteriormente los microorganismos puedan descomponerlos y mineralizarlos convirtiéndolos en materia orgánica estable o humus.
Figura 28. Ingenieros del suelo
De acuerdo con sus hábitos de vida y alimentación , estos organismos se clasifican en tres grupos y cumplen funciones diferentes en la pedogénesis:
1. Organismos Anésicos: Viven en el suelo pero se alimentan en la superficie. Desintegran el material orgánico.
2. Organismos Epigéicos: Viven y se alimentan en la superficie del suelo. No labran el suelo pero desintegran hojarasca.
3. Organismos Endogéicos: Viven en el suelo y se alimentan en el suelo, de modo que ingieren también minerales. Sus deyecciones son por lo tanto un compuesto órgano mineral.
La meso fauna ingiere material orgánico puro y ha desarrollado una relación de mutualismo externo con la microbiota del suelo que se comporta como un “rumen externo”, degradando los desechos hasta sus componentes moleculares más simples.
Las deyecciones de las lombrices tienen una densidad aparente de 1,4 gr/cc mientras que las deyecciones de termitas tienen una densidad aparente de 0,4 a 0,7 gr/cc. Ambas, poseen un contenido de Carbono Orgánico entre 3 y 4%. Estos datos nos dan una idea de cómo pueden modificar las propiedades físicas y químicas del suelo.
La acción de los ingenieros del suelo se ve reflejada en:
Incremento de las actividades microbiales Liberación de nutrientes como amonio y nitrato
Enriquecimiento en partículas finas y materia orgánica
Enriquecimiento en cationes intercambiables Ca, Mg, K y Na
Estructuras biogénicas: Pueden constituir parches en terrenos con mayor
disponibilidad de nutrientes para las plantas
Las Lombrices pueden clasificarse en dos grupos, las especies compactantes que producen turrículos compactos de gran tamaño y las especies descompactantes que producen turrículos pequeños. Entre ambas existe un equilibrio dinámico pues las descompactantes pueden alimentarse de las deyecciones que dejan las especies compactantes, no así de sus propias deyecciones.
La mesofauna y su rumen externo intervienen de forma directa en los ciclos biogeoquímicos pues estimulan la mineralización de nitrógeno y la liberación de amonio, que posteriormente puede ser nitrificado.
Las lombrices provocan cambios rápidos como la liberación de nutrientes, pero también provocan un efecto de volteo del suelo entre perfiles que puede darse al termino de años y décadas y que comporta un verdadero proceso pedogénico.
Figura 29. Efectos de las lombrices en los procesos pedogenéticos (Lavelle,1997 citado por Jiménez et al, 2004).
Las estructuras particulares producidas por las lombrices y otros invertebrados como deyecciones, turrículos, nidos, montículos, túneles, cámaras, macroporos, denominadas estructuras biogénicas, causan efectos en la diversidad y la abundancia de otras comunidades de organismos menos móviles (hipótesis de la biodiversidad anidada de Lavelle, (1996))
Además, representan sitios en donde ocurren procesos pedológicos como la formación de estructura del suelo, mineralización de la materia orgánica, estimulación de la actividad microbiana y de la actividad enzimática del suelo e intercambio de gases y agua en el suelo (Jimenez, Decaëns, Thomas, & Lavelle, 2003).
Numerosos estudios demuestran que los disturbios provocados al suelo alteran las poblaciones de meso invertebrados y la pérdida de la diversidad de comunidades de lombrices causa a su vez alteración en el funcionamiento de los ecosistemas. En América del sur, la conversión de la Selva Amazónica en Pastizales, conduce a la eliminación de las especies nativas en beneficio de otra especie alóctona. La actividad intensa de ésta última unida a la ausencia de la biodiversidad original, provoca la degradación del ecosistema (Barros et al.1998, Blanchart et al.1999; Chauvel et al.1999;Duboissete 1995, citados por Jimenez, 2004).
Lección 7: Materia orgánica el Suelo (MOS) y capacidad de Resiliencia del suelo
Se considera como materia orgánica a todo material producto de los desechos de organismos vivos así como los propios organismos una vez mueren.
Representa todos los constituyentes orgánicos del suelo, incluyendo plantas sin degradar y tejidos animales, sus productos de descomposición parcial, y la biomasa del suelo. Por lo tanto, también hacen parte de ella:
1. Moléculas orgánicas identificables de alto peso molecular tales como polisacáridos y proteínas.
2. Sustancias más simples tales como azucares, aminoácidos, y otras moléculas pequeñas, producto de la descomposición de moléculas complejas.
3. Sustancias húmicas
Figura 30. Fracciones constituyentes de la Materia orgánica del Suelo Autor: Sánchez de Prager, 2006.
El tipo de materiales orgánicos presentes en un suelo y los porcentajes de cada fracción respecto al total de materia orgánica, dependen de varios factores como el clima, el tipo de cobertura vegetal y la microbiota presente.
Figura 31. El Humus del suelo: origen, tipos y acción sobre los suelos Tomado de: Suelos de Colombia. IGAC, 1995.
La materia orgánica fresca sufre numerosas transformaciones una vez llega al suelo, por ello, en el suelo siempre coexisten diferentes estados. Cada uno de ellos confiere propiedades distintas al suelo.
La figura 31, muestra la manera en que sucede el proceso de transformación de la MOS.
Figura 32. Esquema simplificado de la transformación de la Materia Orgánica del Suelo Autor: Sánchez de Prager, 2006.
7.1 Fracciones de la Materia Orgánica del Suelo
En la mayoría de los suelos la MOS es el principal agente en la formación y estabilización de agregados. La incorporación de la materia orgánica a los agregados del suelo la protege de la descomposición rápida, determinando su estabilidad en el suelo (Golchin et al ., 1994 citado por Zagal & Córdova, 2005). Por el contrario, los suelos cultivados al tener una mejor aireación, promueven la actividad de los microorganismos y se acelera la descomposición.
Las prácticas de manejo, como la labranza, la rotación de cultivos, la aplicación de fertilizantes, y el manejo de los residuos, influyen en las transformaciones de la MOS, puesto que determinan la cantidad y calidad de los residuos que entran al suelo, su distribución en la superficie, y el destino de estos aportes, ya sea sobre o bajo el suelo (Christensen, 1996, citado por Zagal et al , 2005).
En los suelos cultivados el contenido de materia orgánica total cambia lentamente a través del tiempo. El ciclaje de todos sus componentes puede tardar desde décadas a siglos (Biederbeck et al ., 1994), dependiendo de clima, del uso y manejo del suelo. Sin embargo, la tasa de recambio de los diferentes componentes de la MOS varía continuamente (Christensen, 1996; Graham et al ., 2002 citados por Zagal et al ,2005).
Materia Orgánica Fresca: Consiste en los restos vegetales y animales que aunque con algún grado de descomposición, son fácilmente diferenciables a simple vista. Hacen parte de ella la hojarasca fresca, seca y levemente descompuesta, estiércol y animales en descomposición. La hojarasca y el mantillo cumplen varias funciones en la protección del suelo:
Actúan como cubierta evitando la erosión por salpique
Regulan la temperatura del suelo
Mantienen la humedad del suelo por mas tiempo en épocas de verano
Evitan la escorrentía
Materia Orgánica Lábil: Corresponde a las fracciones activas, es decir a aquellos componentes que contribuyen a una rápida liberación de nutrientes y que son afectados directamente por el manejo agronómico.
Pertenecen a éste grupo las proteínas, los azúcares, los aminoácidos. Todos compuestos que fácilmente pueden liberar a la solución del suelo N y P disponibles de forma inmediata para las plantas.
La Biomasa bacteriana también hace parte de la fracción lábil. Corresponde a la masa de organismos que habita en el suelo, cuya proporción respecto de la MOS asciende del 1 a 5%. Los microorganismos son quienes finalmente degradan los compuestos orgánicos de moléculas complejas a moléculas simples y iones con la
consecuente liberación de CO2. Las colonias de hongos y bacterias, sus exudados
y lisis de sus células contribuyen a la agregación de macropartículas de suelo a nivel de Ultraestructura.
Materia Orgánica Estable: También denominada Materia orgánica pasiva. Es aquella de menor reacción en el suelo y corresponded a las fracciones húmicas propiamente dichas.
El humus, está asociado a productos de muy diversa composición y evolución, resultantes de síntesis biológica o maduración climática y con características coloidales. Su acción en el suelo influye sobre la estabilidad estructural, la fertilidad y disponibilidad de nutrientes, el intercambio iónico y la dinámica de los elementos (Malagón, Pulido, Llinas, & Chamorro, 1995).
La materia orgánica mineralizada se constituye en la reserva de nutrientes del suelo.
Se distinguen cinco tipos de compuestos húmicos, dependiendo de su solubilidad en ácido o en álcali.
Figura 33. Fraccionamiento de los compuestos húmicos del suelo
Ácidos Fúlvicos: Representan la fracción de humus extraíble por álcali, que no precipita por ácidos y que tiene color amarillento rojo. Generalmente son compuestos fenólicos de peso molecular bajo. Son la fracción más soluble de la materia orgánica y de más rápida disponibilidad de nutrientes para las plantas. Son causantes de la degradación del suelo ya que no poseen acción cementante, son muy móviles y facilitan la traslocación de elementos como Fe y Al que dan estabilidad a la estructura del suelo mediante la formación de silicatos.
Ácidos Húmicos: Son la fracción insoluble extraíble por álcali y precipitan con la adición de ácido. Son polímeros de alto peso molecular que forman coloides esferoidales. Su capacidad de intercambio cationico se debe a la presencia de la función ácido orgánico (-COOH) y de la función hidroxilo(-OH).
Se presentan como sólidos amorfos de color marrón oscuro, generalmente insolubles en agua y en casi todos los disolventes no polares, pero fácilmente dispersables en las soluciones acuosas de los hidróxidos y sales básicas de los metales alcalinos, constituyendo un hidrosol que puede experimentar floculación mediante el tratamiento de los ácidos o los demás cationes.
Dentro de los ácidos húmicos, se pueden distinguir el ácido himatomelánico, que es la parte del ácido húmico soluble en alcohol (también llamado ácido úlmico), los ácidos húmicos pardos, que no precipitan en presencia de sales como el cloruro sódico y los ácidos húmicos grises, que precipitan en presencia de sales.
Al contrario de las ácidos Fúlvicos, ejercen una acción cementante y forman mas relaciones con las arcillas 2:1, por lo que ayudan a conservar la estructura del suelo.
Huminas: Son la fracción más estable e insoluble. Constituyen un grupo de sustancias relativamente diferentes entre sí, cuyo origen puede tener lugar mediante la vía de herencia o la de neoformación.
Las huminas heredadas se hallan retenidas en los agregados de la fracción pesada del suelo mediante uniones que no se rompen por medio de la agitación mecánica común pero si por la de los ultrasonidos. Es mayoritaria en aquellos suelos que tienen una vegetación de difícil biodegradación y se encuentra débilmente ligada a la fracción arcilla de los suelos mediante una serie de enlaces lábiles.
Entre las huminas de neoformación se encuentran las huminas de insolubilización extraíbles, de naturaleza comparable a la de los ácidos húmicos y fúlvicos, pero irreversiblemente ligadas a la fracción mineral por medio de enlaces que solo pueden ser destruidos en el laboratorio por medio de agentes químicos que rompen la unión con los silicatos
7.2 Materia orgánica del Suelo y Capacidad de Resiliencia del suelo
La MOS tiene efecto en la calidad física, química y biológica del suelo y por lo tanto es de gran relevancia para la sostenibilidad de los rendimientos de cultivos y pasturas. Además funciona como un agente amortiguador, permitiendo que el sistema suelo pueda permanecer más o menos estable frente a diferentes tipos de disturbios, sean de origen físico o químico:
El color oscuro confiere al suelo la capacidad de retener el calor
Los compuestos húmicos contienen grupos funcionales ácidos, por lo que
intervienen en las reacciones de intercambio cationico; así pues, la presencia de humus aumenta la capacidad de intercambio cationico de un suelo o de un sustrato.
Interaccionan con las arcillas del suelo y estabilizan los agregados previniendo la erosión.
La MOS puede retener hasta 20 veces su peso en agua. De ésta manera
contribuye notablemente a la capacidad de retención de humedad del suelo.
Al producir la cementación entre las partículas del suelo, contribuye no solo
a estabilizar los agregados sino también a mejorar la porosidad y aireación del suelo, mejora el intercambio gaseoso del suelo e incrementa la permeabilidad.
En cuanto a la fertilidad del suelo, juegan un papel importante en la
disponibilidad de micronutrientes para las plantas, puesto que forman complejos órgano - minerales (quelatos) con los metales como el hierro, manganeso, cinc y cobre, contribuyendo además a mejorar la absorción por las plantas del fósforo, nitrógeno, potasio, calcio y magnesio.
Posee capacidad amortiguadora del pH (capacidad tampón) de manera que
ayuda a mantener estable la reacción del suelo.
En el proceso de mineralización se producen y liberan compuestos como
CO2, NH4, NO3, PO4 y SO4, que son tomados por las plantas.
Tiene función secuestrante de moléculas tóxicas como los pesticidas,
metales pesados y elementos menores tóxicos, por lo tanto las fracciones húmicas juegan un rol fundamental en la detoxificación del suelo.
Estimulan la actividad de la microbiota del suelo y la liberación de exudados
y compuestos que estimulan el crecimiento de las plantas
La microbiota benéfica del suelo actúa en la „supresividad‟ del suelo de Patógenos.
Lección 8: Ultraestructura del suelo 8.1 Modelos de Autoorganización
En los 50´s el descubrimiento del ADN hace retroceder a la ciencia hacia el modelo mecanicista bajo la premisa de que todas las funciones biológicas podrían ser explicadas en términos de estructuras moleculares. Hoy, aunque se conoce mucho de los genes se sabe muy poco acerca de la forma en que cooperan, se comunican y hacen posible el desarrollo de los organismos. El 95% del ADN es empleado en funciones integradoras que se desconocen.
En los 70´s las teorías de Bertalanffy y Bogdanov a cerca de los sistemas vivos como sistemas abiertos hacia el exterior al intercambio de materia y energía y cerrados al interior de sus interacciones, las cuales presentan patrones característicos de organización que hacen posible la homeostasis, fueron fuertemente criticadas al no poder ser demostradas a través de modelos matemáticos lineales. Años más tarde con el desarrollo de modelos matemáticos no lineales y computadoras fue posible demostrar su aplicación y se comienza a trabajar sobre el concepto de Patrones.
Se entiende por patrón de organización, una configuración de relaciones características de un determinado sistema. Las propiedades del sistema emergen de esa configuración ordenada y una vez que el patrón se desintegra, cesa la vida. Hay un patrón de organización común a todos los seres vivos en forma de red, al cual responden partes del organismo, organismos y comunidades de organismos. Los sistemas autoorganizados son sistemas abiertos operando lejos del equilibrio, atravesados constantemente por flujos de materia y energía. Los componentes del sistema interactúan de manera no lineal originando bucles de retroalimentación y además, poseen estructuras disipativas que les permiten mantener sus procesos vitales bajo condiciones de no – equilibrio.
Cuando los flujos de materia y energía aumentan creando grandes inestabilidades en el sistema que son amplificadas por los bucles de retroalimentación, el sistema llega a un punto crítico, absorbe energía y la integra en su propia estructura dando origen a la emergencia de nuevos comportamientos y estructuras más complejas, es decir, un nuevo estado de orden.
Manfred Eigen propuso que el origen de la vida pudo ser el resultado de un proceso de organización progresivo de sistemas químicos alejados del equilibrio que involucraron hiperciclos catalíticos en donde las enzimas producidas en un ciclo actúan como catalizadores en el ciclo siguiente. Los hiperciclos son capaces de auto reproducirse exactamente y de corregir errores de reproducción de manera que pueden conservar y transmitir información compleja. Sin embargo los ciclos catalíticos por si solos no pueden considerarse sistemas vivos a menos que estén limitados por un perímetro dentro del cual se lleven a cabo.
Humberto Maturana y Francisco Varela a partir de sus estudios en neurología, plantean que los seres vivos son sistemas autopoiesicos, es decir, que poseen un patrón general de organización en un proceso causal circular cerrado que permite la evolución de los componentes interactuando entre sí, produciendo, transformando y manteniendo otros componentes al interior del sistema sin que la circularidad global de la red se pierda y en donde la organización de los componentes del sistema se manifiesta como una estructura física especifica que diferencia a cada organismo.
El sistema permanece vivo solamente mientras se encuentre en estado de autopoiesis. Los seres vivos son redes de producciones moleculares en las que las moléculas producidas generan con sus interacciones la misma red que las produce.
James Lavelock da vida a la Hipótesis Gaia, en donde la tierra es un todo que actúa como un sistema vivo auto organizador, alejado del equilibrio, en donde la capacidad principal de los bucles de retroalimentación es la de vincular sistemas vivos y no vivos. La atmósfera es un sistema alejado del equilibrio químico, atravesado por flujos de materia y energía que son reaprovisionados constantemente por la vida terrestre y que es capaz de auto regularse y mantener una temperatura adecuada para la permanencia de la vida.
8.2 Ultraestructura : Un atributo emergente del Sistema Suelo
A nivel micro, el suelo se estructura integrando cavidades, partículas minerales y orgánicas con tamaños entre 0.05 y 0.1 µm y a veces menores, que junto con las