Isopreno: El VOC invisible que conecta plantas, microbios y el clima

Mi conexión con la naturaleza comenzó desde muy joven, moldeada por viajes largos en carro con mi familia conociendo los diversos paisajes de Colombia — recuerdo como los paisajes cambiaban cada par de horas y visitamos senderos en bosques y arroyos tranquilos hasta las playas de Tayrona y pueblos de montaña como Cerrito. Mi madre, quien creció en las montañas de Santander, me transmitió una profunda admiración por la belleza y la resiliencia de las plantas. La naturaleza se convirtió en mi refugio: una fuente de paz, curiosidad y, con el tiempo, inspiración científica.

Estas experiencias tempranas me llevaron a estudiar biología y microbiología, con el objetivo de comprender las interacciones entre plantas, microbios y el clima. Ese camino finalmente me llevó a una molécula pequeña pero significativa: el isopreno.

Como bióloga, sigo recurriendo a la naturaleza para sentirme en equilibrio e inspirada. Pero también me he empezado a preguntar: ¿qué sucede cuando la naturaleza misma está bajo estrés?

Cuando las temperaturas aumentan y los ecosistemas cambian, las plantas comienzan a responder — no siempre de manera visible, sino a veces con señales químicas sutiles. Una de esas señales es el isopreno (C₅H₈), un compuesto orgánico volátil (VOC, por sus siglas en inglés) que muchas plantas, especialmente los árboles, liberan para enfrentar el calor y el estrés oxidativo. Se ha demostrado que el isopreno estabiliza las membranas celulares de las plantas y reduce el daño causado por especies reactivas de oxígeno, lo que mejora su tolerancia al calor (Loreto et al., 2017).

Aunque se produce de forma natural, el isopreno tiene una gran influencia en la atmósfera. Reacciona con la luz solar y otros compuestos para formar ozono troposférico y aerosoles orgánicos secundarios, que afectan la calidad del aire y la formación de nubes. A nivel global, las plantas emiten más de 550 millones de toneladas de isopreno al año — más que todos los VOCs de origen humano combinados (Guenther et al., 2012). Con el aumento de las temperaturas globales, se espera que estas emisiones crezcan, especialmente en los ecosistemas del norte que ya están cambiando rápidamente.

Durante mi doctorado, me enfoqué en lo que sucede con el isopreno una vez liberado — específicamente, cómo los microbios ayudan a degradarlo. Aunque la atención suele centrarse en las emisiones y la química atmosférica, existe una historia menos conocida pero igualmente importante que ocurre más cerca del suelo. Ciertas bacterias del suelo y de la filosfera (la superficie de las hojas) pueden utilizar el isopreno como fuente de carbono y energía, actuando como un sumidero natural que ayuda a removerlo de la atmósfera.

Para identificar estas bacterias, utilizamos un método llamado Sondeo Isotópico Estable en ADN (DNA-SIP), que nos permitió rastrear microbios que incorporan isopreno marcado con carbono-13 (13C) en muestras ambientales complejas. Esta investigación, incluyendo nuestros estudios en Environmental Microbiology, destacó no solo degradadores en el suelo (El Khawand et al., 2016), sino también bacterias activas en hojas de álamo (Crombie et al., 2018), en suelo y hojas de sauce (Larke-Mejía et al., 2019) y en hojas y suelos de palma de aceite (Larke-Mejía et al., 2022) como degradadoras activas de isopreno. Estos hallazgos ampliaron nuestra comprensión de dónde puede ocurrir la degradación microbiana del isopreno — no solo en suelos, sino también directamente en las superficies de las plantas.

Actualmente, en mi primera investigación postdoctoral independiente, estoy explorando cómo estos procesos microbianos podrían cambiar a medida que aumentan las emisiones de isopreno. Estoy utilizando musgos como modelo — son comunes en regiones boreales y árticas, con tasas variables de emisión de isopreno, y sus superficies albergan comunidades microbianas complejas. Estos sistemas musgo–microbio pueden ser clave para entender cómo la degradación natural del isopreno responderá al cambio climático.

Mientras tanto, en la atmósfera, el isopreno sigue su curso. Reacciona con oxidantes como OH, O₃ y NO₃, formando compuestos que influyen en el clima. Un estudio reciente publicado en Nature mostró que, en condiciones frías de la troposfera superior, los productos de oxidación del isopreno pueden contribuir a la formación de nuevas partículas, que actúan como núcleos para la formación de nubes (Dada et al., 2024). Esto conecta una molécula emitida por una sola hoja con procesos atmosféricos que influyen en la dinámica de las nubes y el balance de radiación de la Tierra.

A seis meses de haber iniciado mi beca MSCA, me entusiasma todo lo que está por venir en los experimentos y descubrimientos. Aún hay mucho por aprender sobre cómo los microbios interactúan con el isopreno — y cómo estos diminutos organismos podrían ayudarnos a comprender, e incluso a suavizar, los efectos del cambio climático.