Fluctuación de la concentración atmosférica de Co2 desde el Pleistoceno tardío al Holoceno medio (15,400 – 4,900 cal años AP) y su implicación para el funcionamiento de Nothofagus dombey

Abstract

Los cambios climáticos durante los últimos 16,000 años antes del presente (AP: antes del presente), han sido impulsados en gran medida por cambios en la concentración de CO2 en la atmósfera [CO2]. El recambio de especies y los cambios en la distribución espacial de las comunidades de plantas, han sido indicadores claves que dan cuenta del efecto de estos cambios sobre las biotas terrestres en el sur de Sur América. Las tendencias globales de las respuestas de las plantas a los cambios de [CO2] a lo largo del tiempo, han mostrado el impacto de estos sobre las características morfológicas y fisiológicas de las plantas y, a su vez, importantes consecuencias para el funcionamiento de estas. En el presente trabajo, características morfológicas (densidad estomática (SD), tamaño del estoma (SS), longitud del poro (pl), y ancho de las células de guardas (gcw)) y fisiológicas (conductancia estomática máxima (δc(max)), composición isotópica de carbono (δ13C), discriminación isotópica del carbono (∆δ13C), la relación entre la concentración de CO2 intracelular y la concentración de CO2 en la atmósfera (Ci/Ca)) de muestras fósiles de Nothofagus dombeyi fechadas para finales del Pleistoceno tardío (~15,300 – 13,200 cal años AP), y para el Holoceno medio (~6700 – 4900 cal años AP). Adicionalmente, muestras de poblaciones modernas han sido analizadas para determinar los ajustes adaptativos de esta especie a las condiciones ambientes cambiantes desde el Pleistoceno tardío hasta la actualidad, marcadas por concentraciones contrastantes de CO2 en la atmósfera. Se observó una reducción de la SD, pl, gc (max), ∆δ13C y Ci/Ca desde finales del Pleistoceno tardío hasta la actualidad, mientras que el δ13C mostró una respuesta opuesta; SS y gcw no cambiaron a través del tiempo. Las correlaciones entre las características de la hoja revelaron que la variación en gc(max) podría explicarse por los cambios en SD y pl, que a su vez se correlacionan con el aumento de las concentraciones de CO2 en la atmósfera. A través del Pleistoceno tardío y el Holoceno, las poblaciones de N. dombeyi experimentaron una atmósfera baja en CO2, y los ajustes en sus características morfológicas y fisiológicas permitieron a estos individuos superar condiciones adversas, promoviendo su funcionamiento en forma diferente de aquel exhibido por poblaciones modernas expuesta a mayor [CO2]. La composición del isótopo de carbono de las muestras fósiles y modernas de N. dombeyi, ha sido una herramienta importante para comprender los cambios ambientales durante los últimos 15,300 años AP y cómo esta especie se ha adaptado para sobrevivir en ambientes con una disponibilidad de carbono inferior a los niveles actuales.

Climatic changes during the last 16,000 years before present (BP: Before present), have been attributed in part to the noteworthy changes of atmospheric CO2 concentrations [CO2]. Plant populations turnover, and changes in the spatial distribution of plant communities are the main indicators of the effect of these changes on terrestrial biotas of the southern part of South America. Global trends on plant responses to changes of [CO2] through time, have shown the impacts of these changes on plant’s morphological and physiological characteristics and, in turn, important consequences for plant functioning. Here, morphological (stomatal density (SD), stomatal size (SS), pore length (pl), and guard cell width (gcw)) and physiological (anatomical maximum stomatal conductance (gc(max)), stable carbon isotope ratio (δ13C), carbon isotope discrimination (∆δ13C), and the inter-cellular to atmospheric CO2 ratio (ci/ca)) characteristic of fossil samples of Nothofagus dombeyi which spanned within the late Pleistocene (~15,300 – 13,200 cal yr BP), and the mid-Holocene (~6,700 – 4,900 cal yr BP), as well as data from modern populations have been analyzed to assess the adaptive adjustments of this species to the novel environments, marked by contrasting concentrations of CO in the atmosphere. Here, it was observed that SD, pl, gc(max), ∆δ13C, and ci/ca, have decreased over the last 15,300 yr BP, while δ13C showed an opposite response; SS and gcw did not change through time. Correlations between the leaf features reveled that variation in gc(max) could be explained by changes in SD and pl, which in turn correlate with the increase of atmospheric CO2 concentrations. Through late Pleistocene and mid-Holocene, N. dombeyi populations underwent a low-CO2 atmosphere, and adjustments to their morphological and physiological characteristic have lead individuals to come up in this way to defeat adverse conditions, promoting plant functioning different from those of modern population exposed to higher [CO2]. The carbon isotope composition of both fossil and extant N. dombeyi samples have been an important tool in understanding the environmental changes since the late Pleistocene, and how N. dombeyi has adapted to live in carbon availability lower than current levels.