El aire guarda la memoria de los bosques: así reconstruyeron 34 años de biodiversidad con ADN

La ciencia suele venderse como el arte de descubrir cosas nuevas. Pero muchas veces consiste en mirar, de otra manera, algo que siempre estuvo.

Hay una estación en el norte de Suecia, por encima del Círculo Polar Ártico, que durante décadas no tuvo en el radar a los árboles, las aves o los hongos que la rodeaban. Principalmente, existía para vigilar el aire en busca de rastros radiactivos que pudieran delatar una explosión nuclear. Para hacerlo, una bomba aspira «sin descanso» más de cien mil metros cúbicos de aire cada semana y lo hace pasar por un filtro de fibra de vidrio. Cada siete días, ese filtro se reemplaza por uno nuevo y el anterior queda almacenado y sellado.

Lo interesante de esto fue que por treinta y cuatro años nadie sospechó que, además de partículas radiactivas, esos filtros estaban coleccionando los rastros biológicos de prácticamente todo el ecosistema circundante.

Porque el aire, además de contaminación, lleva polen, esporas, fragmentos de hojas, escamas, pelos, células desprendidas de la piel y otras partículas liberadas por seres vivos. Todo organismo deja, de una u otra forma, esas huellas genéticas flotando en el ambiente. A ese rastro se le conoce como ADN ambiental, o environmental DNA (eDNA), material genético que puede recuperarse del agua, del suelo (o, en este caso, del aire) sin necesidad de observar directamente a las especies que lo dejaron atrás.

En los últimos años, el ADN ambiental ha transformado la manera de estudiar la biodiversidad y analizar una muestra de agua nos permite detectar qué peces, anfibios, insectos o microorganismos habitan un río sin necesidad de capturarlos.

Por ejemplo, cuando los censos de axolotes en Xochimilco no arrojaron a ningún ejemplar, se usó esta técnica para ver si seguían por ahí, aunque no los pudieran ver. En ese sentido, el agua pasa a funcionar como una gran mezcladora biológica que reúne los rastros de todo esa zona de estudio.

El aire ofrece otra posibilidad pues también «recoge» partículas desprendidas. Las corrientes de viento pueden transportar fragmentos microscópicos de, por ejemplo, un bosque entero.

Entonces, quizás, ese archivo podía leerse con suficiente precisión para reconstruir la historia de un ecosistema. Un grupo de investigadores suecos del Departamento de Ecología y Ciencias Ambientales en la Universidad de Umeå, decidió poner a prueba esa idea. Por lo que, en lugar de tomar una muestra reciente, recurrieron al archivo completo de aquella estación de vigilancia. Seleccionaron 380 filtros, correspondientes a una semana de cada año par entre 1974 y 2008, y secuenciaron el ADN contenido en esos treinta y cuatro años de aire.

Querían averiguar qué organismos habían dejado su firma genética en la atmósfera, cómo cambiaban con las estaciones y si el propio aire había conservado la memoria de las transformaciones ocurridas en el bosque boreal.

Escuchar al bosque entero

Entonces vino el trabajo más difícil. Porque leer ADN ambiental no consiste simplemente en meter una muestra en una máquina y obtener una lista de especies. El ADN llega fragmentado, mezclado y, muchas veces, acompañado de errores. En pruebas iniciales aparecieron incluso animales imposibles para el norte de Suecia, como el ornitorrinco australiano. Pero en lugar de ignorar esos errores, los investigadores los utilizaron para entrenar un sistema capaz de distinguir qué registros eran reales y cuáles eran falsas alarmas.

Para lograrlo, reunieron cientos de ejemplos previamente verificados. Alimentaron un modelo de aprendizaje automático con organismos que sí habitan la región y con otros que, según más de medio millón de registros globales de biodiversidad, jamás podrían encontrarse ahí. El resultado fue una lista mucho más robusta: 2,739 géneros de organismos identificados con una confianza cercana al 93 %, distribuidos en 69 filos, 173 clases y los tres grandes dominios de la vida: bacterias, arqueas y eucariontes, el grupo que agrupa a los animales, plantas, hongos y protistas.

Claro, el aire también tiene sus propias reglas y no todo viaja igual de lejos. Por ejemplo, un polen pesado cae relativamente pronto; las partículas más pequeñas pueden recorrer cientos de kilómetros. Para entender de dónde venía realmente cada fragmento de ADN, el equipo reconstruyó los movimientos históricos de las masas de aire. Así, encontraron que cuando el viento llegaba desde el mar aumentaban los rastros genéticos de bacalao; cuando provenía de los bosques aparecía más el alce; y el ADN de los renos cambiaba siguiendo sus migraciones estacionales entre las montañas y los bosques.

“Hasta ahora era prácticamente imposible monitorear, al mismo tiempo, bacterias, hongos, plantas y animales durante décadas. El ADN ambiental presente en el aire nos permite observar todo el ecosistema dentro de un mismo marco de análisis» mencionan los autores del estudio.

Cuando el ambiente cambia sin hacer ruido

Los resultados habían arrojado la posibilidad de «ver» a las especies a través de sus huellas genéticas. No obstante, para los investigadores de Umeå, una pregunta seguía en el tintero, ¿podía ese ADN decirles algo sobre la salud del ecosistema?

Para averiguarlo, compararon los resultados obtenidos con métodos tradicionales de monitoreo, como los censos de aves realizados por especialistas durante décadas. Los investigadores encontraron que las especies que aumentaban o disminuían en los conteos de campo mostraban prácticamente la misma tendencia en el ADN suspendido en el aire.

Esto tuvo, además, cierto giro inquietante pues conforme avanzaban los años, vieron que el bosque empezaba a perder equilibrio. Los investigadores observaron que el ADN asociado a los pinos crecía de manera desproporcionada mientras muchos otros organismos disminuían. La narrativa simplista era sólo que hubiera más pinos. Pero los investigadores hipotetizaron que lo que era que el resto del ecosistema comenzaba a ocupar menos espacio en esa conversación genética que el viento registraba cada semana.

Y es que la biodiversidad no desaparece siempre de manera escandalosa. En ocasiones no hay incendios gigantes ni especies huyendo de la desaparición frente a nuestros ojos, simplemente un grupo empezará a dominar ese paisaje mientras muchas otras se vuelven menos frecuentes… por muy verde que luzca todo.

El viento también puede contar pérdidas

Cuando el equipo profundizó en los datos sobre aquellos pinos dominantes, encontró que las mayores disminuciones de las otras especies ocurrían precisamente en organismos asociados con bosques viejos y estructuralmente complejos, es decir, líquenes, musgos, hongos que viven sobre madera muerta y distintos árboles característicos de esos ecosistemas. En cambio, el pino, ampliamente utilizado en plantaciones forestales comerciales, aumentaba su presencia.

Buscando una relación con el clima, los investigadores analizaron, además, decenas de variables ambientales como lluvia, nieve, temperatura, evaporación, entre otras. Comprobaron que esas condiciones explicaban buena parte de las fluctuaciones estacionales, pero no la tendencia de largo plazo. En realidad, lo que mejor coincidía con el cambio era la transformación del paisaje provocada por el manejo forestal intensivo.

Durante esas décadas, grandes extensiones de bosque natural fueron sustituidas por plantaciones más homogéneas. Desde la distancia (y la ausencia de estudios más robustos) ambos lugares podrían verse como bosques prácticamente idénticos. Por supuesto, desde una mirada ecológica, nos están contando una dinámica completamente distinta. Si pensamos en un bosque diverso este suele albergar árboles de diferentes edades, madera muerta, claros, humedad variable, hongos especializados, aves, insectos y líquenes que dependen de esa complejidad. Una plantación, por eficiente que sea para producir madera, rara vez conserva esa riqueza de relaciones.

Al final, los filtros archivados, además de presentarnos a los varios seres que interactuaban con ese ambiente, también registraron la simplificación gradual de un ecosistema entero.

Quizá de lo más emocionante de este trabajo es lo que sugiere para el resto del planeta (especialmente en regiones tan naturalmente diversas como Latinoamérica). Los autores recuerdan que existen cientos de estaciones similares distribuidas por todo el mundo, muchas de ellas recolectando filtros de aire desde hace décadas con objetivos completamente distintos, como monitorear contaminación.

Y es posible que, sin saberlo, algunas estaciones hayan construido un archivo biológico con información sumamente valiosa sobre la historia reciente de nuestros ecosistemas.

“Si aprendemos a aprovechar las redes de monitoreo atmosférico que ya están instaladas en distintos países, podríamos seguir los cambios de la biodiversidad casi en tiempo real y detectar mucho antes las señales de degradación de los ecosistemas”, concluyen los autores del estudio.