Resumen

Ginkgo biloba L. (Ginkgoaceae) es considerado el último sobreviviente de un grupo con una gran variedad de plantas especialmente en el mesozoico, constituyéndose como el más antiguo 'fósil viviente' vegetal. Los individuos de esta especie son especialmente sensibles a los cambios en las concentraciones de CO₂, mostrando una relación inversa entre éstas y la densidad estomática. De acuerdo con esto, el patrón estomático en G. biloba no esta definido por la edad de las plantas. Ginkgo biloba, no es una especie nativa pero presenta una marcada plasticidad estomática. En este estudio treinta hojas fueron colectadas de tres especímenes de dos años de vida cultivados en el Jardín Botánico José Celestino Mutis de la ciudad de Bogotá. Del material colectado fueron seleccionadas aleatoreamente seis hojas que posteriormente se trataron con hipoclorito de sodio durante la fase de aclaramiento. De cada una de estas hojas se tomaron tres submuestras al azar. Las cutículas adaxiales fueron removidas y coloreadas con tionina para posterior observación a través del microscopio óptico en un campo de 400X. Se calculó la densidad estomática ( = 69,39 estomas/mm²; S = 16,93) e índice estomático (= 12,32; S = 3,68). Con base en datos históricos de concentraciones de CO₂ e índice estomático se elaboró una regresión lineal simple (r = –0,99, p = 0,000) y se determinó la ecuación inversa [CO₂ = (IE – 33,427)/(–0,0704)], con la que se estimo un rango de concentración de CO₂ atmosférico entre 381 y 384 partes por millón (ppm) para la ciudad de Bogotá.

Palabras clave: calentamiento global, densidad estomática, gases de invernadero, índice estomático, paleoclima

Key words: Global warming, greenhouse gases, paleoclimate, stomatal index, stomatal density.

Figura 1. Incremento de CO₂ atmosférico en los últimos 48 años a nivel mundial

Diferentes autores han realizado estimaciones de las concentraciones del CO₂ atmosférico estudiando la respuesta estomática de especies vegetales fósiles a los cambios en las concentraciones de CO₂ (Beerling y Royer, 2002; Chen et al., 2001; Keeling y Whorf, 2004; McElwain y Chaloner, 1995; Royer, 2003). De acuerdo con los resultados obtenidos en estos estudios, los niveles de CO₂ a los que se expongan las plantas durante su desarrollo inducen cambios en la densidad estomática (proporción de estomas por área) e índice estomático (proporción de estomas por células epidérmicas) (Chen et al., 2001; Kouwenberg et al., 2003). Estos cambios juegan un rol crucial en las plantas, afectando la conductancia estomática y la eficiencia del uso del agua (Chen et al., 2001). Aquellas plantas que son expuestas a altas concentraciones de CO₂ (por encima de 340 ppm) muestran reducciones en la densidad e índice estomático, comparadas con aquellas que crecen a bajas concentraciones (Beerling, 1999; Overdieck y Strassemeyer, 2005). En general la densidad e índice estomático varían ampliamente entre especies (Salisbury, 1927).

Ginkgo biloba L. (Ginkgoaceae) es el único representante de la familia Ginkgoaceae y es la especie más utilizada para este tipo de análisis. Este 'fósil viviente' tuvo su máximo desarrollo y expansión durante el Jurasico (McElwain y Chaloner, 1995; Royer et al., 2003). Los individuos de esta especie son especialmente sensibles a los cambios en las concentraciones de CO₂ atmosférico. Chen y colaboradores en el 2001 realizaron estudios evaluando el potencial del carácter estomático de las hojas de Ginkgo como herramienta para el estudio de los cambios en la concentración de CO₂ atmosférico, demostrando que las hojas de G. biloba muestran una relación inversa entre la densidad estomática y la concentración de CO₂. Resultados similares habían sido reportados por Beerling y colaboradores en 1998.

En Colombia no se han realizado estudios en cuanto a estimaciones de las concentraciones de CO₂ atmosférico utilizando el carácter estomático de especies vegetales. De acuerdo con esto y en respuesta a la ausencia de datos de la concentración de CO₂ atmosférico para la ciudad de Bogotá, este trabajo tiene como objetivo principal estimar la concentración de CO₂ atmosférico de la ciudad de Bogotá, utilizando como indicadores la densidad estomática (DE) y el índice estomático (IE) de hojas de G. biloba.

Material vegetal. En junio de 2006 se colectaron hojas frescas de árboles de Ginkgo biloba L. de aproximadamente dos años de vida (figura 2A), ubicados en el Jardín Botánico José Celestino Mutis (4º 40' 24' N, 74º 06' 14,5' O) de la ciudad de Bogotá (Colombia).

Conservación del material. El material colectado se conservó en papel absorbente húmedo dentro de bolsas Ziploc® durante el traslado al laboratorio de Histotecnia de la Escuela de Biología de la Universidad Industrial de Santander en la ciudad de Bucaramanga.

Tratamiento de las muestras. Del total de muestras se seleccionaron al azar seis hojas que fueron procesadas en hipoclorito de sodio al 5,6% durante dos horas (fase de aclaramiento). Suavemente y con ayuda de una cuchilla se removió el envés de cada una de las hojas. La epidermis adaxial (superior) obtenida se enjuagó en alcohol al 70% y se conservó en agua limpia. Se realizaron un total de 18 montajes (tejido vegetal coloreado con tionina y glicerina) correspondientes a tres repeticiones por cada epidermis adaxial seleccionadas al azar. Las muestras se observaron a través del microscopio óptico en un campo de 400X. Posteriormente se tomaron fotografías de cada una de las muestras con ayuda de una cámara digital Fujifilm de 3,2 megapixeles.

Cálculo del índice estomacal. El cálculo de la densidad estomática (DE) y el índice estomático (IE) se basó en el conteo del número de estomas y células epidérmicas típicas observadas a través de la pantalla del monitor. Solo se contaron las células y estomas que se observaron completas en el campo visual (figura 2B).

Figura 2. Hojas de Ginkgo biloba L. A. disposición de las hojas en una rama. B. epidermis adaxial (E = estoma, CE = célula epidérmica) (X 400)

La DE es expresada como el número de estomas por unidad de área foliar en mm², para este estudio el área de conteo fue de 0,1633 mm² en el campo visual de 400X:

DE = número de estomas/área

IE = (número de estomas / [células epidérmicas + número de estomas]) x 100

Estimación de la concentración de CO₂. Se debe tener en cuenta que el índice estomático ha mostrado experimentalmente respuestas a la presión parcial de CO₂ y no a la concentración (Woodward y Bazzaz, 1988), ésto se corrobora al existir una correlación positiva entre la elevación, la densidad estomática e índice estomático (Beerling et al., 1992). La relación entre la elevación y la presión parcial en atmósferas bajas es calculada con la ecuación de Jones (1992):

P = –10,6 x E + 100

Donde:

P = porcentaje de presión parcial relativa al nivel del mar

E = elevación en kilómetros

Para determinar la concentración de CO₂ atmosférico se tomó una serie de datos históricos de IE y concentración de CO₂ (tabla 1) de Royer (2003), y mediante una regresión lineal se determinó la ecuación, también se utilizaron las ecuaciones de Royer et al. (2001):

y, Beerling y Royer (2002): ]]> Ca = –180,57 x ln (0,048 x IE – 0,3418)

Donde Ca es la concentración de CO₂ calculada.

Tabla 1. Datos históricos de CO₂ y el índice estomático (IE) tomados de Royer (2003)(*N.A. = no aplica)

Los cálculos de la densidad e índices estomáticos se reportan en la tabla 2. El valor de la presión parcial para la ciudad de Bogotá (2.640 m) fue de P = 72,016 por lo que se debe asumir un desestimativo del 28% en la concentración de CO₂ que debe ser agregado al valor obtenido en cada ecuación. El coeficiente de regresión para los valores históricos de CO₂ e IE fue de r = –0,99 y p = 0,0001 (figura 3) y la ecuación obtenida fue la siguiente: IE = (–0,0704 x CO2) + 33,427. Para calcular el CO₂ se obtuvo la ecuación inversa para la predicción:

Figura 3. Análisis de regresión para los valores históricos de CO₂ e y el índice estomático (IE) elaborado con datos históricos de Roger (2003) desde el año 1856 al 2000 (ppm = partes por millón)

Tabla 2. Valores y el índice estomático (IE) y densidad estomática (DE) calculados

La concentración de CO₂ calculada a partir de la ecuación de regresión simple, es similar a la obtenida con la ecuación de Royer (2001). En comparación con el resultado de la ecuación de Beerling y Royer (2002), se encontró un desestimativo del 16% en el cálculo de la concentración de CO₂ (tabla 3).

Tabla 3. Estimativos de CO₂ atmosférico para Santafé de Bogotá, Colombia (* RL = regresión lineal simple; ** 28% a partir del cálculo de la presión parcial)

Figura 4. Concordancia del valor estimado de CO₂ atmosférico para la ciudad de Bogotá con el registro global para el mes de junio de 2006 reportado por National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA, Mauna Loa)

Se puede inferir a partir de los resultados obtenidos que la concentración de CO₂ atmosférico de la ciudad de Bogotá está dentro del rango de las 381 a 384 ppm. No es posible confirmar estos valores debido a la ausencia de datos estimativos de este gas para la ciudad. Sin embargo, es valido resaltar que los valores calculados estiman la concentración de CO₂ que la planta ha experimentado durante los años de su desarrollo y crecimiento, induciendo cambios morfofisiológicos que permiten inferir las concentraciones globales de CO₂.

Las concentraciones actuales de CO₂ atmosférico han alcanzado el umbral de linealidad de la respuesta del índice estomático en G. biloba, por lo que se recomienda realizar estudios con plantas nativas que puedan aportar información sobre las concentraciones de CO₂ pasadas y presentes a nivel local o global.

Nuestros más sinceros agradecimientos al profesor Gustavo Morales coordinador de colecciones del Jardín Botánico José Celestino Mutis por el suministro del material vegetal. Asimismo, al profesor Edgar Rincón por facilitarnos el laboratorio de Histología de la Escuela de Biología de la Universidad Industrial de Santander y asesorarnos en el tratamiento de las hojas.