Els cucs de terra i el seu paper en les emission de gasos d’efecte hivernacle
Figura 1: (A) - Els tres grups principals de cucs de terra: epigeus, anècics i endogeus.
Crèdits de la il·lustració: www.lesbullesdemo.fr. (B) Reconstrucció 3D per radiografia dels sistemes de galeries d'una espècie de cuc endogeu anomenada cuc gris (Aporrectodea icterica) i d'una espècie anècica anomenada cuc de nit (Lumbricus terrestris).
Crèdits de la imatge per radiografia: Yvan Capowiez.
Open PDF in new window.
Pierre Ganault1*, Sacha Delmotte 2, Agnès Duhamet 2, Gaëlle Lextrait 2, Yvan Capowiez3
1 CEFE, Univ. Montpellier, CNRS, EPHE, IRD, Univ. Paul-Valéry Montpellier, Montpellier, Frankreich
2 Université de Montpellier, Montpellier, Frankreich
3 INRAE, UMR 1114 EMMAH, INRAE/Université d’Avignon, 84914 Avignon, Frankreich
La massa total de tots els cucs de terra que viuen al nostre planeta és superior a la massa de qualsevol altra espècie d’animal terrestre. Hi ha més de 7.000 espècies de cucs de terra, i participen en molts processos que mantenen els sòls saludables i ajuden les plantes a créixer, fet que els fa organismes extremadament importants per estudiar. L'activitat dels cucs de terra també estimula el creixement de bacteris, tant al sòl com als seus intestins. Algunes investigacions suggereixen que aquests bacteris podrien augmentar les emissions de gasos d'efecte hivernacle, particularment els gasos diòxid de carboni i òxid nitrós, que contribueixen al canvi climàtic. Llavors, són els cucs de terra bons o dolents per al medi ambient en general? Aquest article descriu els experiments que poden utilitzar-se per estudiar les relacions entre els cucs de terra i la producció de gasos d'efecte hivernacle, així com les limitacions d'aquests experiments. Els efectes dels cucs de terra sobre els processos del sòl són molt complexos i, per tant, científicament desafiants, importants i emocionants.
CUCS DE TERRA, ELS ENGINYERS SUBTERRANIS
Sota els nostres peus, milers d'animals viuen al sòl, incloent-hi els famosos cucs de terra. El terme "cucs de terra" fa referència a moltes espècies diferents. Els científics han descrit unes 7.000 espècies de cucs de terra al món, però algunes àrees estan poc estudiades, i es creu que hi ha més de 30.000 espècies de cucs de terra que encara no s'han descrit [1]. Els cucs de terra són invertebrats, per tant, no tenen ossos. A diferència dels insectes, els cucs de terra tampoc tenen un esquelet extern i no tenen ulls, però tenen músculs molt forts. Els cucs de terra poden moure’s pel sòl, i fins i tot menjar-lo, juntament amb algunes fulles mortes. Tot i que la majoria de les espècies de cucs de terra semblen bastant similars, tenen diferents estils de vida, que es classifiquen en tres grups ecològics principals (Figura 1A) [2].
El primer grup, els anomenats epigeus, són cucs de terra petits (3-10 cm) de color vermell, i es poden utilitzar per al vermicompostatge. Viuen a les fulles mortes i la seva coloració els protegeix de la radiació UV i els camufla de depredadors de la superfície. No excaven el sòl, sinó que mengen fulles mortes i les transformen en petits fragments de matèria orgànica a les seves deposicions, anomenades castes o piles de terra excretades. Els cucs endogeus són cucs de terra més grans (5-15 cm) i completament sense pigmentació. Viuen exclusivament en sòls i creen nombrosos túnels (Figura 1B). En un experiment dins un test, quatre cucs de terra endogeus van excavar 2,2 km de túnels de 3,5 mm de diàmetre per metre cúbic de sòl en només 6 setmanes [3]! Mentre excaven, també mengen moltes petites fulles mortes i barregen la matèria orgànica dins del sòl (Figura 2). El tercer grup s’anomenen cucs anècics. Són els cucs de terra més grans, que poden créixer fins a 10 cm o fins i tot 1 metre! Excaven túnels verticals profunds (Figura 1), que poden superar el metre de profunditat. Durant la nit, treuen el cap per agafar les fulles mortes de la superfície i les porten als capes més profundes del sòl. Només els seus caps surten del sòl, i per això només aquesta part està pigmentada.
Menjar o enterrar fulles mortes i moure's pel sòl creant túnels són les dues principals accions dels cucs de terra. Aquestes accions són beneficioses per al sòl, els altres organismes del sòl i tot l'ecosistema, fet que ha fet que els cucs de terra siguin anomenats "enginyers de l'ecosistema".
COM ELS CUCS DE TERRA MODIFIQUEN EL SÒL I ESTIMULEN ELS BACTERIS
Els túnels creats pels cucs de terra canvien profundament l'estructura del sòl, creant espais grans dins d'un sòl compacte. Aquests túnels són l'hàbitat de molts organismes com petits invertebrats, bacteris i arrels de plantes. També actuen com a tubs que augmenten el flux d'aigua i oxigen entre la superfície i les capes més profundes del sòl. Els cucs de terra de diferents grups ecològics construeixen túnels que afecten els fluxos d'aigua i gasos de manera diferent. En l'experiment de Capowiez et al. [3], fet en tubs de PVC (16 cm de diàmetre, 30 cm d’alçada, Figura 1B), els túnels dels cucs de terra endogeus van permetre una taxa d'infiltració d'aigua de 5,2 L per minut, mentre que aquesta taxa va arribar a 12,4 L per minut en els túnels dels cucs de terra anècics, ja que són més grans, més continus i verticals.
En els ecosistemes on els cucs de terra són abundants, les fulles mortes desapareixen força ràpidament i no s'acumulen a la superfície del sòl. Els cucs de terra epigeus transformen les fulles mortes en fragments més petits que barregen en les seves castes i els cucs de terra anècics enterren les fulles mortes en capes més profundes del sòl. Els cucs de terra endogeus, per la seva banda, mengen petites fulles mortes o partícules d'arrels juntament amb el sòl i les excreten darrere d'ells allà on van. Aquestes accions dels cucs de terra resulten en la redistribució de la matèria orgànica per tot el sòl. En lloc d'acumular-se a la superfície, la matèria orgànica es distribueix més i està disponible per a les arrels de les plantes i altres habitants del sòl.
Els canvis que els cucs de terra provoquen al sòl afecten un altre grup important d'organismes del sòl: els bacteris. Els bacteris necessiten l'equilibri correcte de menjar, aigua i aire per viure. Els bacteris transformen les petites partícules de matèria orgànica en partícules més petites, descomponent-les en carboni i nitrogen. Aquestes partícules són tan petites que les arrels de les plantes poden absorbir-les fàcilment i utilitzar-les per créixer. Per descompondre el seu menjar, els bacteris utilitzen oxigen (respiren, fins i tot sense tenir pulmons) i produeixen diòxid de carboni com a producte de rebuig. Si hi ha massa aigua al voltant, com passa en una inundació o en camps d'arròs, els bacteris en lloc de diòxid de carboni produeixen òxid nitrós com a subproducte. El diòxid de carboni i l'òxid nitrós són gasos d'efecte hivernacle que augmenten la temperatura de l'atmosfera, contribuint així al canvi climàtic.
En alguns sòls, els bacteris poden no tenir suficient matèria orgànica, aire o aigua i estar menys actius. Els cucs de terra poden "despertar" els bacteris fent que la matèria orgànica, l'aigua i l'aire siguin més accessibles. Aquest efecte és encara més fort pels bacteris que viuen dins del tracte digestiu dels cucs de terra (Figura 2). Al tracte digestiu, la matèria orgànica i el sòl es barregen perfectament en un ambient saturat d'aigua. Això és un paradís per als bacteris que produeixen òxid nitrós [4]. Com que els cucs de terra estimulen els bacteris que produeixen diòxid de carboni i òxid nitrós, això ens fa preguntar-nos si els cucs de terra augmenten o disminueixen les emissions de gasos d'efecte hivernacle.
ESTUDIANT L'IMPACTE DELS CUCS DE TERRA EN LES EMISSIONS DE GASOS D'EFECTE HIVERNACLE
Per estudiar com els cucs de terra afecten els bacteris i els gasos d'efecte hivernacle que produeixen, els científics poden realitzar experiments. En un tipus d'experiment de laboratori, els científics utilitzen testos plens de sòl que s'ha tamisat per eliminar pedres, animals i arrels. A continuació, s'afegeixen cucs de terra, normalment uns quants individus de la mateixa espècie, idealment en números similars als que es trobarien a la natura. Alguns testos es mantenen sense cucs de terra per poder fer comparacions. Llavors, es mesuren les emissions de gasos d'efecte hivernacle a la superfície del sòl i es estudien els bacteris dels testos per veure si les emissions de gasos d'efecte hivernacle són més altes en la presència o absència de cucs de terra.
Un altre mètode que utilitzen els científics és mesurar els gasos d'efecte hivernacle a la natura. En aquest cas, es col·loquen cambres cilíndriques al terra per mesurar gasos com el diòxid de carboni i l'òxid de nitrogen (Figura 3). Els cucs de terra del sòl també s’estudien perquè els científics puguin intentar relacionar les emissions de gasos d'efecte hivernacle amb l'abundància i el nombre d'espècies de cucs de terra presents. Els científics també poden mesurar altres característiques del sòl importants per a l'activitat bacteriana, com el contingut d'aigua, la disponibilitat de matèria orgànica i el pH.
Una altra manera de conèixer l'efecte dels cucs de terra sobre les emissions de gasos d'efecte hivernacle és reunir informació de tots els estudis existents. Així, es va trobar que, de mitjana, els cucs de terra augmenten les emissions de diòxid de carboni en un 33% i les emissions d'òxid de nitrogen en un 42% [5]. Això sembla dir-nos que, tot i ser beneficiosos per a la salut del sòl, els cucs de terra poden ser perjudicials per al medi ambient perquè augmenten l'activitat bacteriana i les emissions de gasos relacionades amb la seva activitat.
AQUESTS EXPERIMENTS TENEN LÍMITS
Això sembla un veritable dilema: els cucs de terra milloren la salut del sòl, però al mateix temps sembla que augmenten les emissions de gasos d'efecte hivernacle! Abans de treure aquesta conclusió, però, és important reconèixer que els experiments que hem descrit tenen tots desavantatges que dificulten ser totalment segurs sobre el paper que juguen els cucs de terra en les emissions de gasos d'efecte hivernacle. Les interaccions entre els cucs de terra, els bacteris, el sòl, les plantes i l'aigua que resulten en emissions de gasos d'efecte hivernacle són extremadament complexes. Aquests factors varien enormement en el medi natural i són molt difícils de recrear de manera exacta en experiments científics. El primer factor important que limita la nostra comprensió completa del paper dels cucs de terra en les emissions de gasos d'efecte hivernacle és la gran diversitat de les propietats del sòl, com el contingut de sorra. La majoria de cucs de terra generalment prefereixen sòls amb un baix contingut de sorra perquè els sòls sorrencs s'assequen més ràpidament, i les partícules de sorra poden ser abrasives per a la seva pell. El pH del sòl també pot afectar fortament els cucs de terra, i molts poden no sobreviure en sòls amb un pH inferior a 4,5. Seria extremadament difícil crear testos experimentals per als milers de tipus de sòl diferents que existeixen a la natura, així que el nostre coneixement actual està limitat a certs tipus comuns de sòl.
Una segona limitació és que molt pocs estudis inclouen plantes en els experiments. Les plantes absorbeixen aigua i nutrients amb les seves arrels, reduint la disponibilitat d'aigua i nutrients per als cucs de terra i bacteris. Tanmateix, les plantes i els bacteris també es poden ajudar mútuament. Les arrels de les plantes produeixen sucre al sòl circumdant que els bacteris poden menjar a canvi de proporcionar minerals que les plantes necessiten. Malauradament, és molt difícil establir un experiment que pugui provar totes les possibles interaccions positives i negatives que es produeixen al mateix temps al sòl.
La tercera limitació és que la majoria d'estudis mantenen constant el contingut d'aigua del sòl. Això es fa generalment per optimitzar l'activitat dels cucs de terra. A la natura, els sòls s'assequen constantment i es remullen amb la pluja. Els cucs de terra poden ser completament inactius si el sòl es torna massa sec. Això vol dir que els experiments en què el sòl té un contingut constant d'aigua podrien sobreestimar els efectes negatius dels cucs de terra en les emissions de gasos d'efecte hivernacle. En un experiment de laboratori en què els científics van utilitzar cicles de sec-humit més realistes, la presència de cucs de terra va reduir les emissions d'òxid de nitrogen [6]. Els científics van raonar que les galeries dels cucs de terra augmentaven el flux d'aigua cap a les capes més baixes del sòl i airejaven el sòl, la qual cosa accelerava que el sòl s’assequés i reduïa l'activitat bacteriana. Els efectes dels cicles de sec-humit són molt importants d'estudiar, especialment perquè s'espera que aquests cicles siguin més freqüents i extrems amb el canvi climàtic en curs.
CANVI CLIMÀTIC: NO CULPEU ELS CUCS DE TERRA
Us hem mostrat com de complex és estudiar les emissions de gasos d'efecte hivernacle des del sòl. Els cucs de terra modifiquen la distribució de la matèria orgànica i la disponibilitat d'aigua i aire al sòl. Tots aquests canvis afecten l'activitat dels bacteris del sòl. No obstant això, els bacteris del sòl també depenen de les propietats del sòl, dels cicles secs-humits i de les plantes que hi creixen. Estem lluny de tenir prou estudis amb experiments realistes per entendre el veritable paper dels cucs de terra en les emissions de gasos d'efecte hivernacle. D'altra banda, les activitats humanes, especialment l'agricultura, produeixen grans quantitats de gasos d'efecte hivernacle i cal seguir pensant en maneres innovadores de millorar la salut del nostre planeta i de totes les criatures vivents.
GLOSSARI
Grup ecològic
Els cucs de terra es diferencien pel lloc on viuen al sòl, el que mengen i el color de la seva pell. Hi ha tres grups principals: epigeus, endogeus, i anècics.
Matèria orgànica
És la matèria formada per compostos orgànics que provenen de les restes d'organismes, com plantes i animals i els seus productes de descomposició al medi ambient.
Castes
Són els excrements dels cucs de terra. Depenent del grup ecològic dels cucs, poden ser dipositats a la superfície del sòl o dins del sòl, a la seva galeria.
“Enginyer d'ecosistemes”
Són organismes que modulen la disponibilitat de recursos per a altres espècies. Els tèrmits, les formigues i els cucs de terra són els principals enginyers d'ecosistemes.
Oxigen
És un gas que constitueix el 21% de l'aire que respirem. Les plantes produeixen oxigen a partir de diòxid de carboni, aigua i llum solar, mentre que els animals utilitzen oxigen i produeixen diòxid de carboni.
Diòxid de carboni
És un gas incolor compost per un àtom de carboni i dos d'oxigen. La seva concentració atmosfèrica ha passat del 0,028% al 0,042% des de 1850, causant un augment de 1° de la temperatura global.
Òxid Nitrós
És un gas incolor compost per dos àtoms de nitrogen i un d'oxigen. Es troba en concentracions molt baixes, però una molècula d'òxid de nitrogen escalfa l'atmosfera com 270 molècules de diòxid de carboni.
Gasos d'efecte hivernacle
Són gasos que absorbeixen i emeten energia solar causant l'efecte hivernacle, és a dir, escalfament de l'atmosfera.
pH
En química, el pH és una escala utilitzada per especificar l'acidesa o la basicitat d'una solució líquida. Les solucions àcides es mesuren amb valors de pH més baixos que les bàsiques o alcalines.
REFERÈNCIES
- Orgiazzi A, Bardgett R D, Barrios E, Behan-Pelletier V, Briones MJI, Chotte JL, De Beyn GB, Eggleton P, Fierer N, Fraser T, et al. Global soil diversity atlas. European Union. Luxembourg (2016). esdac.jrc.ec.europa.eu/public_path/JRC_global_soilbio_atlas_online.pdf
- Bottinelli N, Hedde M, Jouquet P, Capowiez Y. An explicit definition of earthworm ecological categories – Marcel Bouché’s triangle revisited. Geoderma (2020) 372:114361. doi:10.1016/j.geoderma.2020.114361
- Capowiez Y, Bottinelli N, Sammartino S, Michel E, Jouquet P. Morphological and functional characterisation of the burrow systems of six earthworm species (Lumbricidae). Biology and Fertility of Soils (2015) 51:869–877. doi:10.1007/s00374-015-1036-x
- Drake HL, Horn MA. Earthworms as a transient heaven for terrestrial denitrifying microbes: a review. Engineering in Life Sciences (2006) 6:261–265. doi:10.1002/elsc.200620126
- Lubbers IM, van Groenigen KJ, Fonte SJ, Six J, Brussaard L, van Groenigen JW. Greenhouse-gas emissions from soils increased by earthworms. Nature Clim Change (2013) 3:187–194. doi:10.1038/nclimate1692
- Chen C, Whalen JK, Guo X. Earthworms reduce soil nitrous oxide emissions during drying and rewetting cycles. Soil Biology and Biochemistry (2014) 68:117–124. doi:10.1016/j.soilbio.2013.09.020
EDITED BY: Malte Jochum, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Germany
CITATION: Ganault P, Delmotte S, Duhamet A, Lextrait G and Capowiez Y (2021) Earthworms and Their Role in Greenhouse Gas Emissions. Front. Young Minds 9:562583. doi: 10.3389/frym.2021.562583
CONFLICT OF INTEREST: The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.
COPYRIGHT © 2021 Ganault, Delmotte, Duhamet, Lextrait and Capowiez. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution and reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
REVISORS JOVES
GWEN, EDAT: 13
Hola, em dic Gwen, visc als Estats Units i toco el piano i jugo a voleibol. Acabo de completar setè de primària, i les meves assignatures preferides són ciències, matemàtiques, art i castellà. M'encanta llegir, especialment novel·les i sèries de ciència-ficció (també sóc una gran fan de Harry Potter). Estic molt il·lusionada de col·laborar amb Frontiers for Young Minds!
AUTORS
PIERRE GANAULT
A cada passeig per la natura, no puc evitar aixecar troncs i pedres o remenar entre les fulles seques per veure quin animal meravellós hi trobo amagat. Aquesta curiositat em va portar a estudiar la biodiversitat del sòl i a fer un doctorat sobre l’efecte de la barreja d’espècies d’arbres en els invertebrats del sòl i el paper que tenen aquests animals en els processos del sòl. També col·laboro amb associacions per apropar la ciència a la ciutadania i així poder treballar plegats per estudiar, entendre millor i protegir les criatures que viuen sota terra. *pierre.ganault@gmail.com
SACHA DELMOTTE
Les meves passions per la natura, els humans, la ciència i la transmissió del coneixement em van portar a fer set anys d’estudis universitaris en ecologia, biologia i geologia. També sóc dinamitzador en espais naturals, on condueixo activitats per a infants i joves de 3 a 18 anys, amb l’objectiu de despertar en ells l’interès per tot allò que a mi em fascina.
AGNÈS DUHAMET
L’Agnès és estudiant de doctorat en biologia marina. Va obtenir la seva llicenciatura en biologia a la Universitat d’Avinyó i el seu màster en ecologia i biologia evolutiva a la Universitat de Montpeller. És apassionada per la natura i li agrada transmetre coneixements sobre les ciències naturals.
GAËLLE LEXTRAIT
Sempre m’han apassionat els microorganismes, tant patògens com mutualistes. Em vaig centrar en les interaccions entre els petits animals que viuen al sòl (insectes) i els seus simbionts. Actualment, sóc estudiant de doctorat en microbiologia al CNRS de Gif-sur-Yvette (Universitat Paris-Saclay), on continuo les meves observacions sobre les interaccions simbiótiques entre els hemipters i els seus bacteris simbionts.
YVAN CAPOWIEZ
L’Yvan Capowiez és Investigador Sènior a l’Institut Nacional d’Investigació en Agronomia (INRAE) d’Avinyó, França. La seva recerca se centra en l'ecologia i el comportament dels cucs de terra. Té una gran experiència estudiant com els cucs de terra caven al sòl i com els forats resultants influeixen en funcions importants del sòl, com el transport d’aigua i l’arxivament de matèria orgànica.
TRADUCTORA
SANDRA VARGA
La Sandra és Professora Associada a la Universitat de Lincoln, el Regne Unit. A part d’impartir classes en biologia, fa recerca investigant les relacions entre les plantes i el sòl per entendre com el canvi climàtic està afectant aquestes interaccions, i investiga com els microbis del sòl poden contribuir a la producció de plantes d’una manera més sostenible.
FUNDING (TRANSLATION)
The team Translating Soil Biodiversity acknowledges support of the German Centre for integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig funded by the German Research Foundation (DFG FZT 118, 202548816).
CITATION (TRANSLATION)
This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
Recommended citation format: Ganault P, Delmotte S, Duhamet A, Lextrait G and Capowiez Y (2025) Earthworms and Their Role in Greenhouse Gas Emissions. (Catalan translation: Sandra Varga). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in 2021], doi: 10.3389/frym.2021.562583
