Estamos acostumbrados a pensar que podemos añadir al suelo de forma impune sales (fertilizantes) compuestos orgánicos (enmiendas orgánicas, compost) y una variada gama de otros aportes. En esta serie de post, pretendo hacer meditar a Vds. de que los seres vivos de nuestros suelos, sufren ante estos hechos, pero esta vez, por una vía poco conocida, el impacto sobre la presión de Turgor.

En células como las bacterias o las células de la raíz, la concentración intracelular de solutos, osmóticamente activos es muy alta, lo que genera una presión externa sobre la membrana citoplásmica. Para evitar que su membrana plasmática se rompa, las bacterias se rodearon de una pared celular cuyas características ya fueron descritas en otros post en esta Bitácora. La presión resultante sobre esta pared recibe el nombre de presión de turgor, cuyo control por parte de la célula es muy cuidadoso pues en ello le va su supervivencia. Este control exige a la célula poseer una serie de mecanismos de respuesta que permitan contrarrestar la presión osmótica externa (sujeta a modificaciones). En esta serie iremos desvelando algunos de sus secretos, que pueden hacerse extensivos a otros conjuntos celulares de seres vivos que viven en el suelo.

Tanto las bacterias G-negativas como G-positivas se rodean de una pared celular que está conformada por peptidoglucanos. Su diferente composición y el contenido diferenciado en componentes orgánicos (glucocáliz, contenidos intercitoplasmicos, exociclopolisacáridos, etc.) y distribución espacial en el seno de los mismos permite a estas especies ocupar nichos ecológicos claramente diferenciados y a sus membranas/paredes resistir presiones de turgor claramente diferentes. Así, para las Gram-negativas se sitúa entre 0,8 y 5 atm. y para las Gram-positivas entre 15 y 25 atm..  

Ello justifica, en parte, la distintiva y optativa ocupación espacial de los distintos nichos edáficos y acuáticos por parte de las bacterias.  En su habitat natural, las bacterias pueden estar sometidas a distintos estress, (fundamentalmente generados por factores climáticos y aportes antrópicos) capaces de alterar los procesos vitales (procesos de lavado y acidificación, aportes de materia orgánica y estress térmicos que modifican radicalmente la actividad degradativa en los distintos medios edáficos).

Así, cuando aparece en la solución del suelo una elevación osmótica (incremento de la osmolalidad del medio), las bacterias responden con una deshidratación y un descenso del turgor. El mantenimiento de la presión de turgor, dentro de unos límites críticos, es esencial para proporcionar la energía, expresada en fuerzas mecánicas, que es necesaria para la expansión de cada célula y de sus colonias.

Para compensar un descenso del turgor, la bacteria modifica la osmolalidad intracelular vía acumulación de solutos compatibles (compuestos que puede sintetizar o captar del exterior). De esta manera las bacterias elevan las concentraciones citoplásmicas sin afectar a los procesos celulares vitales.

Para acumular desde el exterior a estos solutos, las bacterias han desarrollado sistemas de transporte que están inducidos/activados por elevaciones osmóticas. En términos de mecanismos  de acoplamiento energético estos sistemas pueden ser del tipo que une e hidroliza ATP para dirigir la traslocación del sustrato frente a la concentración de gradiente. También expresan otros sistemas transportadores que dirigen el intercambio de sustratos usando gradientes electroquímicos de iones a través de membrana.

Cuando no encontramos ante un descenso de la concentración osmótica (descenso de la osmolalidad del medio) las bacterias responden con un rápido eflujo de agua, consiguiendo una elevación de su presión de turgor. En el otro extremo, una presión de turgor excesivamente alta, también puede poner en peligro la integridad de la célula al romper la membrana citoplásmica y la pared celular, lo que conllevaría la muerte de la bacteria. Para evitar esta lisis, activan los canales llamados mecano-sensibles, permitiendo una expulsión masiva de solutos hasta conseguir concentraciones internas por debajo de gradiente.

Una forma discreta de introducirnos en el tema, y respondiendo a la solicitud personal del Dr. D. Jose Luis Rubio, quien manifestaba en la Reunión de Fuerteventura, un gran interés por seguir mi lenguaje, tomado de otras Ciencias, y que habitualmente transfiero a la Edafología, (y sobre todo en atención a los alumnos de los niveles medios que siguen esta bitácora) voy a intentar hacer un glosario de términos que ayude a introducirse, a todo el que lo necesite, en este tema.

Sustancias caotrópicas son cosolventes que hacen disminuir la estructura del agua. La urea y otras proteínas desnaturalizantes son sustancias caotrópicas.

Quimiosensores son moléculas ubicadas en la membrana citoplásmica y en la pared bacteriana, que detectan ligandos (moléculas orgánicas/inorgánicas) específicos. Muchos quimio-sensores actúan por unión a ligandos de estructuras específicas de los “lugares” de recepción.

Solutos compatibles son cosolventes citoplásmicos, sintetizados mediante acciones metabólicas puntuales, cuya presencia puede regularse en un amplio rango de concentración, sin alterar las funciones celulares generales.  Estas moléculas, una vez pasada la situación de estress pueden catabolizarse o excretarse al medio.

Cosolventes son solutos que afectan significativamente tanto a las propiedades del agua como a las de un solvente, convirtiendo al resultante en una solución no ideal.

Deshidratación es la pérdida de agua (la desecación es la pérdida total de agua).

Cosmotropos son cosolventes que incrementan la estructura del agua. Glicerol, glycocola-betaína y otros estabilizantes de proteinas son cosmotropos.

Osmolalidad es la presión osmótica de una solución a una temperatura particular, expresada como moles de soluto por kilogramo de solvente (osmol/kg u osmolal). La osmolalidad puede ser medida pero no calculada.

Osmolaridad es una aproximación para la osmolalidad, se expresa como moles de soluto por litro de solución (osmol/l u osmolar). La osmolaridad se calcula como la suma de las concentraciones de solutos osmóticamente activos presentes en la solución.

Osmoprotectores son compuestos que estimulan el crecimiento bacteriano en medios altamente osmolales (señales bioquímicas).

Una respuesta osmoreguladora es un proceso fisiológico que mitiga los ajustes pasivos en la estructura celular, causados por cambios en la osmolalidad extracelular.

Osmosensores son sistemas de señales que detectan cambios en la actividad extracelular del agua (osmosensores directos) o impulsan cambios en la estructura o composición de la célula (osmosensores indirectos).

Osmotolerancia es el rango de osmolalidad del medio que soporta el crecimiento celular bacteriano.

Descenso osmótico es un descenso (temporal) en la osmolalidad del ambiente extracelular. Estas situaciones se dan en suelos que soportan climas áridos, en las épocas de lluvia.

Elevación osmótica es un incremento (temporal) en la osmolalidad del ambiente extracelular. Estas situaciones se dan en suelos que soportan climas áridos, en las épocas secas.

Turgor (ΔP) es la diferencia de presión hidrostática que equilibra las diferencias de concentración de osmolitos en el interior de la bacteria y en el medio externo.

Se mide según la ecuación

ΔP = (RT/Vw) ln(a_o/a_i) ~ RT(c_i-c_o)

En la que Vw es el volumen molal parcial de agua, a es la actividad del agua, c es la concentración total de osmolito y los sufijos i y o hacen referencia a interno y externo, respectivamente.

La presión de Turgor genera potenciales químicos de agua intra y extracelular igual al equilibrio. La plasmolisis celular aparece cuando ΔP se vuelve negativa.

Saludos cordiales,

Mientras en Europa nos lamentamos del desinterés de nuestras autoridades en materia de preservación de suelos, como lo ha demostrado el fiasco en que se ha traducido la Directiva comunitaria en la materia, los colegas norteamericanos han tomado una iniciativa digna de ser emulada desde el viejo continente. La Sociedad Norteamericana de Agronomía (American Society of Agronomy), La Sociedad Norteamericana de Producción de Cultivos (Crop Science Society of America) y la Sociedad Norteamericana de las Ciencias del Suelo (Soil Science Society of America), en el blog “Oficina de Política Científica”  (Science Police Office) están discutiendo un borrador que será enviado al Senado de este país con vistas a su debate y aprobación. Se trata de una iniciativa destinada, tanto a la preservación de los suelos como a realzar la tarea que realizan los edafólogos con vistas a alcanzar un desarrollo sostenible. Tomemos nota.

Carátula del Blog Corporativo aludido en el texto

El miércoles 21 de Noviembre de 2007, un edafólogo norteamericano con el que tengo algunos artículos para publicar entre manos (William Effland, del NRCI) me envió el siguiente correo electrónico:

Dear Juanjo,

I hope this note finds you doing well in Spain.

  
At the recent Soil Science Society of America meetings, I met with the science policy analyst who helped develop this draft resolution. She was very interested in the concept of "soil reserves" that we have described in several presentations and manuscripts.  Do you have a published reference that discusses the soil reserve concept which I could share with the analyst?

Seguidamente me añadió el enlace del blog aludido, que os mostraré junto con el texto del borrador (los coloreados son míos, pero no el fondo en verde, que es original).

Políticas (iniciativas) Reactivas versus políticas (Iniciativas) Preactivas

 Desconozco si el vocablo “proactivo” existe en castellano. Quizás sea mejor remplazarlo por preactivas. En todo caso, nos referimos a los principios de acción y reacción. Y es en este punto, en donde los norteamericanos ganan a los investigadores europeos (y que decir respecto a los españoles) por goleada. Ya vimos los casos de la hidroedafología y de la denominada Zona Crítica Terrestre (de la que aun tenemos mucho que decir). Las acciones reactivas pueden entenderse como la “reacción” (individual o colectiva) ante un problema, política, etc., que ya se encuentra en una agenda, es decir, sobre la mesa. Por el contrario, las acciones “preactivas” se dan cuando uno se anticipa en lugar de actuar a posteriori, es decir cuando el problema o política ya fueron formuladas previamente por otros colectivos. Frente a las dos crisis a los que nos enfrentamos actualmente los edafólogos, a saber (i) la que concierne a nuestra valoración como investigadores, por otros científicos y (ii) la carencia de políticas serias para la protección y preservación de los suelos, los colegas norteamericanos decidieron pasar “al ataque”. Intentaban pues concienciar a políticos y ciudadanos de lo que consideraban errores de apreciación frente a la vital importancia los recursos edáficos y la falta de credibilidad de los expertos que trabajan en el tema. Por el contrario, en Europa (y especialmente en España) andamos lamentándonos y solicitando limosnas quejumbrosamente, como ya expuso Salvador González Carcedo haciendo uso de un ejemplo reciente. Se trata de un comportamiento que marca la abismal diferencia entre unos y otros. Y los resultados hablan por sí solos. La iniciativa denominada Zona Crítica Terrestre abre un nuevo futuro para la edafología (avalado por la Fundación Americana para el Progreso de las Ciencias, NASA, EPA, etc.). Ahora dialogan con el Senado de los EE.UU. con vistas a que se aprueba una, “carta”, “declaración”, o lo que sea que permita, a posteriori abrir nuevos frentes e iniciativas concretas.

Hace algunos meses, hablando con el Presidente de esa “Sociedad” a la que no debo mentar (a pesar de ser tan mía como de cualquier otro), me comentaba que uno de los problemas de nuestra disciplina deriva de que, al no estar protegida por un Colegio Profesional, cualquier persona puede actuar de facto como experto, sin tener conocimiento alguno. Él pensaba, y creo que con razón, que una manera de adquirir un cierto protagonismo (actualmente no atesoramos ninguno) podía consistir en reclamar un certificado de competencia en materia de edafología a las personas que trabajen, ya sea para la empresa privada, ya para las administraciones públicas” en materia de suelos (como por ejemplo en los proyectos de impacto ambiental, entre otros). Nunca he sido muy partidario del excesivo poder que los Colegios Profesionales ejercen en España. Sin embargo, una cosa es el abuso y otra el buen juicio. Certificar que los responsables de los estudios edafológicos atesoran los conocimientos mínimos necesarios para realizar una labor concreta, cae en lo segundo, no en lo primero. Resulta que tal “licencia”, podría concederse tras poner a prueba (examen, CV) a los profesionales que vayan a realizar tales trabajos. Pues bien, una carta al estilo de la que continuación os expongo puede marcar el punto de partida de acciones más concretas como la que acabo de detallar.

Se trata todavía de un borrador y debéis tomarlo como tal. Ya os informaré del contenido, éxito o fracaso de la iniciativa. Como la he extraído de un blog corporativo (ese ingenio maléfico que tanto perturba a algunos colegas petardos), de momento prefiero no traducir el texto. Se trata de un post para profesionales, y por tanto la mayoría de vosotros debéis saber la lengua del imperio. El texto es sencillo, claro, preciso y contundente (reitero que los coloreados son míos). Tan solo recordar que mientras en España y Europa sigue sin considerarse la posibilidad del diseño de reservas naturales de suelos, en EE.UU., me han pedido las referencias de trabajos personales previos publicados sobre el tema, de lo cual me siento muy ufano (mal que le pese a algunos edafólogos como RJB -Ya te he calado a ti también, y tiempo al tiempo-). Ahí va sin más dilaciones.  Espero por el bien de la edafología que tengan éxito en su iniciativa.            

 Juan José Ibáñez

Borrador de Resolución Enviada al Senado de los Estados Unidos para la Protección de los Suelos y el Reconocimiento de los Profesionales Responsables de su Estudio.

Please note, this text has not yet been adopted and introduced by the Senate.

It is a draft for discussion.

110th CONGRESS
1st SESSION
S. RES. #
U.S. Soil Policy:
Sustaining the National Soil Resource
IN THE SENATE OF THE UNITED STATES

________________________ submitted the following resolution; which was considered and agreed to:

Soil is a natural resource essential for life on earth. Soil links plants, animals, water, and air, affecting the weather, natural resources, and human health. The soil provides minerals for production; toxicity remediation potential; water purification; a growing medium for food, fiber, feed and fuel production; and ecosystems that support fish and wildlife. Soil is now used as the basis of raw inputs for industrial processes, and as a source of antibiotics.

Contemporary pressures on the soil resource elicit the need to increase the fundamental knowledge of soils and develop practical management technologies for sustainable use of this resource. Only those educated in soil science can provide such expertise. Well-trained soil professionals have experience in toxicology; nutrient management; chemical, biological and physical sciences; and natural resource and agricultural land management. Soil professionals are equipped with the information and experience needed to address the issues of today and those of tomorrow. It is now the time to invest in our natural capital, soil.

Whereas:

(1) Soil, plant, animal and human health are intricately linked. Soil degradation or improvement impacts climate, water and air quality, human health, biodiversity, food safety, and agricultural production;

(2) Soil is an essential, non-renewable resource, in that the degradation rates can be rapid and the formation and regeneration processes very slow;

(3) Soil is a dynamic system which performs many functions and services vital to human activities and ecosystems;

(4) Soil functions include biomass production; storage, filtration, and transformation of nutrients; weathering/formation of minerals (raw material); breeding ground for organisms used in medicine and bioremediation techniques; storage of carbon; and storage of the geologic and archeological heritage of the United States (U.S.);

(5) The soils in the U.S. are vulnerable to several soil degradation processes including erosion, nutrient depletion, organic matter decline, contamination, salinization, compaction, loss of soil biodiversity, urban sealing, landslides and flooding;

(6) Despite soil’s importance to human health, the environment, nutrition, and food, feed, fiber and fuel production, there is little public awareness of the importance of soil protection;

(7) Protection of U.S. soil, based on the principles of preservation of soil functions, prevention of soil degradation, mitigation of detrimental use, restoration of degraded soils and integration of these preservation principles into other policies is essential to the long-term prosperity of the United States;

(8) Spatial variability is a natural characteristic of soil; enormous differences exist in soil structural, chemical, and biological properties over the U.S. landscape;

(9) Soil diversity can be taken into account when areas of high risk are selected and appropriate measures implemented to ensure protection of the soil;

(10) Soils vary in susceptibility to degradation processes, and the risk of soil degradation can be identified;

(11) U.S. legislation in the areas of organic, industrial, chemical, biological, and medical waste pollution prevention and control should include provisions on soil protection;

(12) U.S. legislation on climate change, water quality, agricultural and rural development needs to provide a coherent and effective legislative framework for common principles and objectives that are aimed at protection and sustainable use of soil in the U.S.;

(13) Industrialization coupled with poor or inappropriate soil management practices continues to leave contaminated sites in the U.S. A common strategy to manage historic contamination of soil can prevent and control the harmful effects that soil contamination will have on human health and the environment;

(14) Soil can be used in a sustainable manner, which preserves its capacity to deliver ecological, economic, and social services, while maintaining its functions so that future generations can meet their needs.

Now therefore, be it resolved, that the U.S. Senate—

(1) recognizes it as necessary to introduce measures to improve knowledge, exchange information, and develop and implement best practices for soil management, carbon sequestration, and long-term use of the nation’s soil resource;

(2) recognizes the important role of soil and the role of the Soil Science Society of American and Certified Professional Soil Scientists in managing the national soil resource;

(3) commends the members of the Soil Science Society of America for educating historic and emerging soil and environmental professionals;

(4) commends the Soil Science Society of America for continuing the legacy of education, outreach and awareness necessary for generating more public interest in and appreciation for soils for the future;

(5) acknowledges the promise of the Soil Science Society of America to continue to enrich the lives of all Americans, by improving stewardship of the soil, combating soil degradation and ensuring the future protection and sustainable use of our air, land and water resources.