¿Influye el estrés en la inflamabilidad de las plantas?

Uno de las cuestiones que más se habla pero que menos se sabe en el mundo "pyrofreak" es el efecto de la química de las plantas en su inflamabilidad. Hay abundante información sobre el efecto de la humedad y la estructura pero no son tantos los estudios que demuestren cómo los cambios fisiológicos en la plantas, ya sea por fenología o por la existencia de perturbaciones (sequía prolongada, plagas, enfermedades), puedan generar cambios en su resistencia y/o reacción al fuego, lo que se conoce como pyrofisiología. El cambio climático y global será un desencadenante importante de daños abióticos (sequías) y bióticos (enfermedades) debido al previsible estrés que van a sufrir muchas plantas y al movimiento de especies invasoras que generarán "pandemias" importantes también en el mundo vegetal. Durante la cuarentena (la nuestra) se han publicado dos trabajos en los que hemos tenido la oportunidad de participar en el contexto del proyecto VIS4FIRE que coordinamos desde el INIA y que ofrecen algo de luz al respecto respondiendo a dos preguntas muy concretas: (1) ¿el efecto de la sequía prolongada hace aumentar la inflamabilidad de la hojarasca? (2) ¿las plantas enfermas son más inflamables que las plantas sanas? En caso de respuesta afirmativa de ambas preguntas ¿por qué? ¿qué cambios fisiológicos se producen para que esto ocurra?

En una brillante revisión sobre inflamabilidad de la hojarasca publicada por Varner y colaboradores en 2015 se advertía sobre el profundo desconocimiento de la relación de la química de las plantas con gran parte de los parámetros que definen la inflamabilidad. Estos "huecos" o "gaps" de información científica en la literatura los representa magistralmente en esta figura

Las líneas de trazo cada vez más grueso representan mayor cantidad de referencias científicas. Podemos observar cómo todo el sector de "Chemical properties" muestra muchos espacios en blanco (no hay bibliografía) o con líneas de trazo discontinuo (hay poca bibliografía). Con esta premisa en mente nos pusimos a trabajar hace unos años en aspectos poco conocidos pero que pudieran ofrecer información útil más allá del mero conocimiento científico (aunque sólo por ésto último ya valía la pena intentarlo). Como no somos especialistas en bioquímica pusimos en práctica aquello tan manido de la "multidisciplinariedad" que vende tanto y que casi siempre funciona. 

En un trabajo dirigido por Elena Ormeño (IMBE-Universidad de Montpellier, Francia) y publicado en Forest Ecology and Management (descargable en abierto hasta el 1 de agosto), hemos demostrado que la sequía prolongada genera un aumento de la concentración de las ceras en los tejidos cuticulares de las hojas muertas de la coscoja (Quercus coccifera) y, como consecuencia de ello, un aumento en la inflamabilidad de la hojarasca de esta especie ¿Cómo hemos conseguido demostrar esto?  Gracias a un dispositivo de altísimo valor científico localizado en las cercanías de Marsella, se han dispuesto por encima de los árboles unos estructuras que permiten la exclusión del 30% de las precipitaciones para poder comparar el efecto prolongado de la sequía previsible en el Mediterráneo en los próximos decenios. 

Los Quercus son especies que no acumulan compuestos volátiles, con lo que potencialmente serían otros productos químicos los que podrían hacer cambiar su inflamabilidad. Es conocido que el estrés hídrico genera cambios en la cutículas de las hojas, haciéndolas más impermeables y resistentes a la pérdida de agua. Lo consiguen sintetizando más ceras, unos productos químicos bastante complejos pero que también poseen un bajo punto de inflamación. Por tanto se han analizado químicamente las muestras extraídas de estos dispositivos buscando específicamente los tipos de ceras y ensayando su inflamabilidad comparando con testigos. Los resultados muestran que, efectivamente, estos cambios fisiológicos generan un aumento de la inflamabilidad, mostrando por primera vez cómo el aumento de la concentración de ceras, consecuencia del aumento de la sequía en el área Mediterránea (cambio climático), podrían hacer más inflamables las hojarascas de la mayoría de las especies. A todo ello habría que añadir la previsible reducción de la humedad de los combustibles muertos por el aumento de la temperatura y disminución de la humedad. Un panorama aún más favorable a la aparición y propagación de incendios en el área Mediterránea en los próximos años donde la fisiología de las plantas podría exacerbar los efectos previsibles del cambio climático. Como vemos esto podría tener unas consecuencias importantes en la mejora de los índices de riesgo que tengan en cuenta no sólo la meteorología durante la campaña sino la sequía acumulada en campañas anteriores.

En el trabajo dirigido por Gianni Della Rocca (IPP Florencia, Italia) y portada del último número de Forests, se ha demostrado por primera vez la relación entre la infección de las plantas por un patógeno, el incremento en la producción de metabolitos secundarios (terpenos) y su potencial efecto en el aumento de la inflamabilidad. Mediante un experimento de laboratorio con clones resistentes y susceptibles al chancro del ciprés, enfermedad provocada por un hongo invasor, se han analizado los metabolitos secundarios generados como consecuencia de la reacción de la planta a la infección. Estos compuestos resinosos (terpenos) los utiliza la planta para intentar evitar el avance de la enfermedad y en este caso suelen ser más abundantes en el tronco que en la hojas.

La hipótesis con la que partíamos es que si los terpenos contribuyen a aumentar la inflamabilidad en un 20-40% según ya habíamos demostrado en artículos anteriores las plantas enfermas con grandes exudaciones de resina también lo harían. Con esta premisa planteamos el siguiente diseño experimental clásico en el que sometimos clones resistentes al chancro y susceptibles a un infección artificial. A las plantas resultantes se les realizó una analítica completa en tronco y hojas de terpenos y a una serie de ensayos de inflamabilidad :

Plantas sanas vs. enfermas

Los resultados fueron los esperados: las plantas enfermas fueron más inflamables que las sanas. Pero la siguiente pregunta era ¿son más inflamables porque generan más terpenos, porque las plantas se empiezan a secar o por ambas razones? Por primera vez se ha conseguido analizar una correlación directa entre el contenido total de terpenos de una muestra (no sólo de su concentración) y su inflamabilidad. El resultado confirma lo que venía diciendo la bibliografía desde hace muchos años: la humedad de los combustibles absorbe la mayor parte de la variabilidad de la inflamabilidad. Por tanto, aunque la presencia de sesquiterpenos (los terpenos más pesados) en las plantas enfermas podrían tener un efecto positivo en la inflamabilidad, su influencia es muy inferior a la debida a la humedad del combustible y la presencia de combustibles muertos.

¿Que consecuencias prácticas tienen estos dos artículos de laboratorio a escala real? En primer lugar advierten sobre el aumento de la inflamabilidad de los combustibles en un contexto de estrés abiótico (sequía) y biótico (enfermedad), situaciones que serán cada vez más frecuentes en el contexto actual de cambio climático. En el caso de la hojarasca, este incremento como consecuencia de mayor presencia de ceras, será independiente de la humedad y por tanto tiene un efecto añadido al aumento de la inflamabilidad por aumento de las temperaturas. Por otro lado, el efecto negativo de las especies invasoras como los patógenos que afectan a masas forestales, generarán más partes muertas en las plantas, con un impacto negativo importante en la inflamabilidad de los combustibles. Lógicamente estos resultados de laboratorio hay que ratificarlos a otras escalas pero confirman el mayor riesgo de incendios que tendremos en los próximos años y la aumento de la vulnerabilidad de muchos de nuestros ecosistemas.

Prueba de imprenta Portada Forests Vol 11 (6) 

 Referencias:

Increasing cuticular wax concentrations in a drier climate promote litter flammability

By ElenaOrmeño, JulienRuffault, CarolineGutigny, JavierMadrigal, MercedesGuijarro, CarmenHernando, ChristineBallini

Forest Ecology and Management Volume 473, 1 October 2020, 118242;  https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118242

Terpenoid Accumulation Links Plant Health and Flammability in the Cypress-Bark Canker Pathosystem

by Gianni Della Rocca ,Roberto Danti ,Carmen Hernando ,Mercedes Guijarro ,Marco Michelozzi, Cristina Carrillo and Javier Madrigal

Forests 2020, 11(6), 651; https://doi.org/10.3390/f11060651 - 07 Jun 2020