Terrestrial vegetation emits biogenic volatile organic compounds (bVOCs), particularly vast amounts of monoterpenes (MT; C10H16), into the atmosphere in response to abiotic drivers such as temperature. MT, in turn, influence ecological interactions and atmospheric chemistry. As global temperatures continue to rise and extreme heat events become more frequent, the temperature sensitivity of forests is emerging as a critical issue for understanding the impacts of climate change on forest ecosystems and atmospheric chemistry. One important aspect of this sensitivity is this emission of bVOCs, such as MT, which will increase with rising temperatures.

In a new paper published in One Earth journal, authors study these greater MT emissions resulting from rising temperatures that can have far-reaching and uncertain consequences for the biosphere, potentially disrupting its delicate balance and feedback mechanisms among ecology, atmospheric chemistry and climate.

Global emissions are usually estimated as a function of temperature with a fixed exponential relationship (β coefficient) across forest ecosystems and environmental conditions. The authors of this new study applied meta-analysis algorithms on 40 years of published monoterpene emission data and showed that the relationship between emissions and temperature is more sensitive and intricate than previously thought. “Considering the entire dataset, our analyses indicate that co-occurring environmental factors modify the temperature sensitivity of the emissions that are primarily related to the specific plant functional type (PFT). Implementing a PFT-dependent β in a biogenic emission model, demonstrated that atmospheric processes are exceptionally dependent on monoterpene emissions which are subject to amplified variations under rising temperatures“, explains Prof. Efstradios Bourtsoukidis, from The Cyprus Institute.

The results obtained in this study, however, suggest that the temperature responses of MT emissions may exhibit dynamic variations throughout the tree’s age. According to the authors should be noted that while a clear relationship between PFT and the β coefficient became evident, the role of the other parameters might have been underappreciated due to the frequently unreported values.

“With newly discovered biogenic MT sources and the challenge of modeling co-occurring environmental drivers on the biosphere, our study highlights the need for more process oriented research of biosphere-atmosphere interactions, particularly in tropical, pan-Arctic, grassland, and agricultural ecosystems. As the effects of climate change intensify, biogenic VOC emissions from global vegetation will play a crucial role in evaluating the health of ecosystems and influencing the atmospheric oxidation capacity, with implications for the chemical composition, aerosols, and climate”, concludes Prof. Josep Peñuelas from CREAF-CSIC.

Bourtsoukidis, E., Pozzer, A., Williams, J., Makowski, D., Penuelas, J., Matthaios, V., Lazoglou, G., Yañez-Serrano, A., Ciais, P., Lelieveld, J., Vrekoussis, M., Daskalakis, M., Sciare, J. 2024. High temperature sensitivity of monoterpene emissions from global vegetation. Communications Earth & Environment 5, 23 (2024). doi: 10.21203/rs.3.rs-2024459/v1.

Los ecosistemas fontinales ubicados en regiones con clima mediterráneo albergan una extraordinaria diversidad biológica, que incluyen numerosas especies de invertebrados y plantas exclusivas de algunas fuentes. Sin embargo, los cambios en los patrones de temperatura, precipitación y uso del suelo están afectando seriamente la integridad ecológica de estos ecosistemas acuáticos. Esta es una de las principales conclusiones del estudio liderado por el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF) de Cataluña y en el que ha participado el investigador del Departamento de Biología Aplicada de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche José Manuel Zamora, junto con otras 15 instituciones científicas de España, Portugal, Italia y Suiza.

Pie de foto: representación ilustrativa de los microambientes y la biodiversidad acuática y terrestre asociada a una fuente mediterránea de montaña. Fuente: Jordi Corbera.

Según el equipo investigador, las regiones de clima mediterráneo se encuentran entre los ecosistemas más amenazados del mundo, debido principalmente a la reducción de recursos hídricos y a los intensos impactos derivados de la actividad humana. Estas regiones presentan condiciones áridas o semiáridas y generalmente incluyen la cuenca mediterránea, California (EE.UU.), Chile central, la región del Cabo Occidental (Sudáfrica) y el suroeste de Australia. Dadas sus condiciones de aridez (precipitación anual inferior a los 500 mm), las fuentes -o ecosistemas fontinales- de estas regiones albergan una extraordinaria biodiversidad de animales y plantas, aunque hasta la fecha ningún estudio había resaltado su elevado interés ecológico ni su vulnerabilidad frente al cambio global.

El estudio, publicado en la revista Global Change Biology, evalúa cuáles son los factores de origen hidrogeológico, climático, biológico y humano que determinan el funcionamiento de las fuentes mediterráneas, así como las principales amenazas que se ciernen sobre estos ecosistemas acuáticos. Para ello, un equipo multidisciplinar formado por 17 especialistas en los campos de la ecología, limnología, hidrogeología, botánica, zoología y biología de la conservación compilaron toda la información disponible en la literatura científica publicada para proporcionar una síntesis sobre las principales características de las fuentes. Además, los investigadores utilizaron datos sobre fuentes ubicadas en las montañas litorales de Cataluña como caso de estudio para poner de manifiesto el impacto del cambio global sobre la preservación de estos ecosistemas.

Las fuentes constituyen puntos de descarga de un acuífero en un paisaje eminentemente terrestre y, generalmente, aparecen con mayor frecuencia en zonas montañosas con topografía escarpada. La hidrogeología determina enormemente la composición química de las aguas, cuya carga en cationes y aniones está estrechamente relacionada con el tipo de roca que alberga el acuífero y con el tiempo de residencia y tránsito del agua. Pese a sus reducidas dimensiones, las fuentes presentan multitud de microambientes diferentes que forman un mosaico y permiten la coexistencia de un amplio abanico de formas de vida. Por ejemplo, hay especies de invertebrados que se desarrollan exclusivamente en la surgencia del agua donde ni siquiera llega la luz solar, mientras que otras especies prefieren habitar en la cubeta central, o incluso en el entorno húmedo que marca el límite entre el medio acuático y el terrestre.

Las fuentes de regiones mediterráneas aparecen generalmente dispersas en el paisaje y muy aisladas entre sí, propiciando que las especies animales y vegetales estrechamente asociadas a estos ecosistemas tengan pocas opciones de colonizar nuevos ambientes. Este atributo ha motivado que las fuentes mediterráneas presenten un alto número de especies endémicas (exclusivas de una o pocas fuentes). Por ejemplo, se han descrito hasta 18 especies de ácaros de agua (Hydrachnnida) que son endémicos de fuentes italianas, mientras que otras 18 especies de moluscos son endémicas de las fuentes australianas de la cuenca del lago Eyre. Un ejemplo extremo del extraordinario número de endemismos que soportan algunos ecosistemas fontinales se puede encontrar en la Gran Cuenca Artesiana (Australia), donde se han descrito 51 especies de moluscos, 24 de crustáceos y ocho de peces que son endémicas de fuentes ubicadas en esta región. La escasa información disponible sobre flora asociada a fuentes también apunta a que estos ecosistemas mantienen una rica comunidad vegetal, incluyendo numerosas especies de diatomeas (algas microscópicas) y musgos endémicos.

Pese a su elevado valor ecológico, las fuentes del mediterráneo se enfrentan a un amplio abanico de amenazas derivadas de la actividad humana, entre las que se encuentran la reducción en la disponibilidad de recursos hídricos, la sobreexplotación de los acuíferos, la contaminación orgánica e inorgánica (vertidos urbanos y filtraciones agrícolas) y por residuos emergentes (microplásticos y productos sintéticos), la introducción de especies exóticas y el abandono de las prácticas tradicionales. Como caso de estudio, el trabajo cuantifica una reducción del 92% en el caudal de 31 fuentes monitoreadas entre 2013 y 2023 en las montañas litorales de Cataluña, habiéndose secado el 45% de estas fuentes en tan solo una década. Los autores finalizan el trabajo proporcionando una serie de recomendaciones para poner en marcha estrategias coordinadas que garanticen la conservación efectiva de estos ecosistemas amenazados y reclaman la preservación urgente de las fuentes bajo la designación de una figura de protección específica.

Este estudio colaborativo es fruto de unas jornadas de trabajo celebradas en Mataró a mediados de febrero de 2023 y organizadas por el CREAF en el marco del reconocimiento de Excelencia Científica Severo Ochoa. En las jornadas se dieron cita todos los autores del trabajo para poner en común el conocimiento recabado en diferentes campos relacionados con los ecosistemas fontinales y establecer una hoja de ruta para el desarrollo del estudio.

Fuente: Universitas Miguel Hernández. Servicio de Comunicación, Marketing y Atención al Estudiantado

Acceso al artículo: Fernández-Martínez, M., Barquín, J., Bonada, N., Cantonati, M., Churro, C., Corbera, J., Delgado, C., Dulsat-Masvidal, M., García, G., Margalef, O., Pascual, R., Peñuelas, J., Preece, C., Sabater, F., Seiler, H., Zamora-Marín, J.M. & Romero, E. 2024. Mediterranean springs: Keystone ecosystems and biodiversity refugia threatened by global change. Global Change Biology, 30(1):e16997. https://doi.org/10.1111/gcb.16997