¿Cómo sube el agua en los árboles hasta la copa?
Un árbol hace todos los días algo que no consigue ninguna bomba de succión: subir agua a cien metros de altura sin motor, sin ruido y sin gastar un céntimo. La pregunta de cómo sube el agua en los árboles parece de primaria, pero tuvo a los botánicos discutiendo a finales del siglo XIX, se resolvió con un árbol muerto que seguía bebiendo y todavía da sorpresas: los árboles hacen ruidos que no oímos, sufren algo parecido a una trombosis y tienen un techo de altura que se puede calcular.
Por qué no basta con chupar
Lo primero que se le ocurre a cualquiera es que el árbol chupa el agua como quien bebe con una pajita. El problema es que chupar tiene un límite. Según el departamento de Botánica del Trinity College de Dublín, una bomba mecánica de succión solo consigue subir agua unos 10 metros. Por encima de esa altura, por mucho que aspires, el agua no sube más.
Ese límite era precisamente lo que hacía dudar a los fisiólogos del siglo XIX. Si una bomba no pasa de 10 metros, ¿cómo iba a sacar una hoja agua de 50, 80 o 100 metros más abajo? La explicación más aceptada entonces era otra: que las células vivas de la madera empujaban el agua hacia arriba gastando energía, como una cadena de pequeñas bombas a lo largo del tronco.
El árbol muerto que seguía bebiendo
Esa teoría de las bombas vivas tenía un problema, y lo pusieron sobre la mesa los experimentos de un botánico llamado Strasburger. Según el Trinity College, en 1892 dos científicos de Dublín, Henry Dixon y John Joly, conocieron sus experimentos, que mostraban algo desconcertante: los árboles seguían subiendo agua después de haberles matado el tronco.
Si las células del tronco estaban muertas y el agua seguía subiendo, no podían ser ellas las que la empujaban. Hacía falta otra explicación, una que funcionara sin nada vivo en medio. Dixon y Joly se pusieron a ello.
Cómo sube el agua en los árboles: una cuerda de agua
La respuesta que propusieron en 1895, en un artículo titulado On the Ascent of Sap, «Sobre el ascenso de la savia», publicado por la Royal Society británica, cambia el punto de vista. El agua no la empuja nada desde abajo. La arrastra la evaporación desde arriba.
Funciona así. Las hojas tienen poros por los que se escapa vapor de agua al aire, sobre todo cuando hace sol y calor. Cada molécula de agua que se evapora deja un hueco que tiene que llenarse con otra, y esa otra tira de la siguiente, y así hasta las raíces. El Trinity College lo describe como una succión que se transmite hacia abajo por columnas continuas de agua dentro del xilema, los conductos finísimos de la madera.
Lo que hace posible el truco es una propiedad del agua que no se ve a simple vista: sus moléculas se atraen mucho entre sí. Es la cohesión. Gracias a ella, la columna de agua se comporta como una cuerda: si tiras de un extremo, sube entera. Y es una cuerda sorprendentemente resistente. Según el Trinity College, esas columnas aguantan sin romperse succiones de más de 300 atmósferas, siempre que estén dentro de tubos estrechos como los del xilema. En un tubo ancho se partirían.
Por eso a la idea se la llama teoría de la cohesión-tensión: cohesión, porque el agua se mantiene unida, y tensión, porque la columna está estirada, tirada desde arriba. La bomba de succión choca con su techo de 10 metros; el árbol, en cambio, tira de una cuerda de agua que no se rompe.
La teoría se recibió con mucho escepticismo en 1895. Dixon y Joly hicieron una serie de experimentos para responder a las críticas, Dixon la defendió en un libro de 1914, y con el tiempo se impuso. El Trinity College recuerda que los manuales de botánica la siguen llamando «teoría de la cohesión de Dixon y Joly».
La parte que se salta casi todo el mundo
Hay una pregunta que la explicación de la cuerda deja en el aire: si la cuerda se rompe en cuanto entra una burbuja, ¿cómo se llenaron los conductos de agua la primera vez? Nadie puede tirar de una cuerda que todavía no existe.
El físico y filósofo de la ciencia Harvey Brown repasó la historia de la teoría en 2013, en la revista Physics in Perspective, y señala justo esto. Desde que nació la teoría, los botánicos sabían que hacen falta otros procesos para «cebar» el árbol, y el principal es tan obvio para ellos que muchas veces ni lo mencionan: el propio crecimiento. El árbol no tiene que subir agua por un tubo vacío de cien metros. Los conductos se van formando y llenando a medida que el árbol crece, centímetro a centímetro. La cuerda se teje mientras se tira de ella. Brown añade que otros factores dependen mucho del tipo de árbol.
Un roble que suda cuatrocientos litros al día
Lo más llamativo es la cantidad de agua que mueve este sistema. Casi toda la que sube por un árbol no se queda en él: se evapora por las hojas. Según la escuela de ciencias del agua del Servicio Geológico de Estados Unidos, un roble grande puede transpirar unos 151.000 litros de agua al año. El organismo de recursos naturales de Gales da la misma cifra en sus materiales educativos. Repartido entre los días del año, sale a más de 400 litros diarios de media, aunque en la práctica casi todo se concentra en los meses con hojas. Y no hace falta irse a los árboles grandes: la misma fuente calcula que un campo de maíz de una hectárea puede devolver al aire en un solo día del orden de 28.000 a 37.000 litros de agua.
Todo ese caudal pasa por tubos finísimos, sin una sola pieza móvil. Y lo mueve el sol: es su calor el que evapora el agua de las hojas y pone en marcha la tirada.
Burbujas que rompen la cuerda
Una cuerda estirada tiene un punto débil, y en el árbol se llama cavitación. Si la tensión es demasiado fuerte, por ejemplo durante una sequía, en la columna de agua puede aparecer una burbuja de gas. La columna se rompe, el conducto se queda vacío y deja de transportar agua.
El laboratorio de física y fisiología de los árboles del INRAE, el instituto francés de investigación agronómica, en Clermont-Ferrand, lo compara con lo que nos pasa a nosotros: esa embolia gaseosa bloquea el sistema de conducción del árbol igual que una trombosis puede bloquear el sistema circulatorio de una persona. Y empeora con la sequía. El mismo equipo ha desarrollado una máquina que, centrifugando muestras, reproduce en pocos minutos el efecto de una sequía sobre los conductos. Con ella han comprobado que la resistencia a la cavitación varía muchísimo de una especie a otra.
Hay un detalle que suena a ciencia ficción. Cuando un conducto cavita, hace ruido. Un estudio de 2015 firmado, entre otros, por Hervé Cochard, del INRAE, analiza las emisiones acústicas de ultrasonidos que producen las plantas leñosas y su relación con la cavitación durante los ciclos de helada y deshielo. Son chasquidos que el oído humano no capta, pero que los sensores sí registran.
Por qué no hay árboles de doscientos metros
Si la cuerda de agua es tan buena, ¿por qué los árboles no crecen sin parar? En 2004, el investigador George Koch y su equipo publicaron en la revista Nature un estudio con las secuoyas rojas de los bosques húmedos del norte de California, donde estaba el árbol más alto conocido entonces: 112,7 metros.
Estudiaron cómo cambian las hojas con la altura. Las de abajo son anchas y separadas; las de arriba, pequeñas y apretadas. Arriba del todo, la gravedad y la longitud del recorrido hacen que el agua llegue con más dificultad, las hojas sufren más estrés hídrico y hacen menos fotosíntesis. Extrapolando esos cambios, el equipo calculó una altura máxima de entre 122 y 130 metros, salvo que algún daño mecánico lo impida antes. Por encima de ese techo, la cuerda de agua ya no da para alimentar hojas que valgan la pena.
La nota que publicó Nature sobre el estudio añadía otro detalle: esas secuoyas tienen en torno a 2.000 años, así que las sequías o los rayos del pasado pueden haberles recortado el crecimiento.
La cámara de cristal que reventó
Medir la tensión del agua dentro de una rama no es fácil, y a Dixon le costó un susto. Según el Trinity College, en 1922 estaba probando una cámara de presión de vidrio y la vigilaba a través de un espejo. Vio en el reflejo que las paredes empezaban a abombarse, y el aparato explotó. La idea era buena; el material, no. En 1965, Scholander y su equipo construyeron el mismo tipo de instrumento en metal.