El evento Azolla: De cómo un humilde helecho cambió el clima global

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Azolla filiculoides (Stickpen, 2009)

Cuando hablamos de helechos, nos viene a la mente la imagen de esas grandes hojas compuestas, llamadas frondas, que adornan los rincones oscuros de nuestros bosques. Pero no todos los helechos son así. Hay helechos acuáticos, por ejemplo. Entre estos se cuenta el género Azolla, los helechos mosquito, helechos de pato o helechos de agua, que se parecen más a las lentejas de agua que a los típicos helechos.

Los helechos de agua son plantas flotantes, con raíces cortas y frondas pequeñas en forma de escamas superpuestas. Solo viven en agua dulce, y su color verde azulado se vuelve rojizo en muchas especies al exponerse al sol, debido a la formación de pigmentos vegetales llamados antocianinas.

Son unas plantas de crecimiento muy rápido, en parte por su capacidad de fijar el nitrógeno del aire gracias a su relación simbiótica con la cianobacteria Anabaena azollae. Los helechos de agua duplican su masa cada tres a diez días, según las condiciones, y pueden absorber dos toneladas y media de nitrógeno y quince toneladas de carbono por hectárea y año. En poco tiempo cubren completamente la superficie del cuerpo de agua en el que crecen, con lo que limitan el paso de la luz y por consiguiente el desarrollo de algas. Además, pueden reproducirse sexualmente, por esporas, como todos los helechos, y también asexualmente, por esquejes.

Estos helechos se usan en los arrozales del sudeste asiático desde hace al menos mil quinientos años para incrementar la productividad. Al inundar los campos en primavera, se hacen crecer en ellos helechos de agua. Estos cubren rápidamente la superficie del agua y evitan el crecimiento de malas hierbas, y, como propina, dificultan la respiración de las larvas de mosquito y reducen su número. Cuando se retira el agua, los helechos mueren y, con todo el nitrógeno que han absorbido sirven de abono para el arroz. Además, su uso como pienso en ganadería permite aumentar la producción de leche, carne y huevos. También se está estudiando su uso en biorremediación, ya que es muy eficaz absorbiendo metales pesados, como el cromo, el níquel, el cobre, el zinc y el plomo.

Azolla filiculoides (Mygaia / F. Lamiot, 2010)

Los helechos de agua se pueden encontrar naturalmente en América, África, India, Japón, Australia, Nueva Zelanda y Hawaii; fuera de estas regiones, en muchos países se consideran plantas invasoras por su rápido crecimiento; en España, por ejemplo, están incluidas en el Catálogo Español de Especies Exóticas Invasoras desde 2013, y está por tanto prohibida su introducción en el medio natural, posesión, transporte, tráfico y comercio.

La capacidad de crecimiento de los helechos de agua es tan grande que hace 49 millones de años estuvieron implicados en un cambio climático a escala planetaria. Desde unos pocos millones de años antes, a principios del periodo Eoceno, un calentamiento global provocado por la actividad volcánica y la expulsión a la atmósfera de grandes cantidades de metano procedente de los sedimentos marinos y de CO₂ había llegado a tal extremo que los bosques crecían en las regiones polares. En aquella época, conocida con el nombre de Óptimo Climático del Eoceno, Europa, América y Groenlandia estaban más juntas que en la actualidad, y Siberia y Alaska aún no se habían separado por el estrecho de Bering. La cuenca del océano Ártico estaba casi completamente aislada.

Las altas temperaturas provocaron una intensa evaporación que hizo aumentar la salinidad del océano Ártico. Debido a su aislamiento, no había corrientes marinas que favorecieran la mezcla, así que el agua formó una estructura estratificada, como ocurre actualmente en el mar Negro. El oxígeno no llegaba a las capas inferiores, y el agua de las intensas lluvias provocadas por la evaporación, así como el agua rica en minerales de los ríos que desembocaban en la cuenca, se quedaba en la superficie, formando una capa de agua dulce que flotaba sobre el agua salada más densa. Bastan unos pocos centímetros de agua dulce para que prosperen los helechos de agua, sobre todo con la elevada concentración de dióxido de carbono que había por entonces en la atmósfera. Durante el verano ártico, con una insolación casi continua las 24 horas del día, el helecho de agua crecía con rapidez y posiblemente llegaba a cubrir toda la cuenca del océano.

En invierno, cuando llegaba la noche polar, las plantas morían y se hundían en las aguas profundas sin oxígeno del océano Ártico, de manera que quedaban enterradas en los sedimentos sin descomponerse. Así, durante unos ochocientos mil años, la cuenca Ártica, de unos cuatro millones de kilómetros cuadrados, secuestró tanto carbono que la proporción de dióxido de carbono en la atmósfera se redujo en un 80 %, de 3 500 ppm a solo 650 ppm. La temperatura media de la superficie del océano Ártico descendió de 13 ºC a -9 ºC y, quizá por primera vez en la historia de la Tierra, aparecieron casquetes de hielo en los dos polos. Es lo que se conoce con el nombre de evento Azolla.

¿Y cómo sabemos esto? En el verano de 2004, la reducción del casquete de hielo del océano Ártico permitió la perforación del fondo marino en sus aguas, en el marco del Programa Integrado de Perforación Oceánica, un proyecto internacional cuyo objetivo es el estudio de la geología submarina mediante la obtención de testigos de sedimentos profundos de la litosfera oceánica. Estos testigos, estrechos cilindros verticales extraídos del subsuelo bajo el fondo oceánico, nos muestran los sedimentos depositados a lo largo de la historia geológica del planeta, y son tanto más antiguos cuanto más profunda sea la perforación.

En el mes de agosto de 2004, el buque perforador científico Vidar Viking, con el apoyo de los rompehielos Oden y Svovetskyi Soyuz, sueco y ruso respectivamente, llegó a la dorsal de Lomonósov, cordillera submarina que cruza el océano Ártico desde el norte de Groenlandia hasta las islas de Nueva Siberia. Tras dos intentos fallidos, la perforación pudo comenzar el 27 de agosto. El 8 de septiembre se recuperaron los testigos correspondientes a los sedimentos depositados durante el evento Azolla, según las diversas dataciones llevadas a cabo con rayos gamma, pólenes y paleomagnetismo.

Estos sedimentos, que alcanzan un espesor de más de ocho metros, consisten en capas de rocas silíceas procedentes de la fosilización de los organismos del plancton, como es habitual en los sedimentos marinos, alternadas con láminas de pocos milímetros de espesor formadas por los restos de los helechos Azolla. Estas láminas de Azolla en los testigos se cuentan por miles.

Hay quien cree que la enorme cantidad de materia orgánica acumulada en esos sedimentos puede haberse transformado en gas o petróleo, y esta es una de la razones del actual interés de muchos países por la exploración y explotación del océano Ártico. Pero pensemos un momento: si devolvemos todo ese carbono a la atmósfera, ¿no volveremos a las condiciones tropicales globales del Óptimo Climático del Eoceno?