Breve resumen de mi trayectoria científica: Una autobiografía

El análisis retrospectivo de mi carrera investigadora me ha mostrado que la combinación de enfoques experimentales y el uso de técnicas diversas han sido prácticas recurrentes en mi vida como científico. Esta manera abierta, dinámica y multidisciplinar de trabajar me ha permitido acercarme y hacer frente a cuestiones ecológicas relevantes (p.e., las posibles consecuencias del cambio ambiental global sobre los ecosistemas terrestres) desde nuevos puntos de vista para así poder generar conocimientos e ideas novedosos, lo que puede contribuir a explicar el alcance de algunas de mis investigaciones.

1. Mis primeros pasos en el campo de la investigación y comienzo de mi tesis doctoral

Inicié mi carrear investigadora en el año 2006 en el seno del departamento de zoología de la Universidad Autónoma de Madrid, donde estudié los patrones de distribución espacial de las comunidades de mariposas de la Reserva Natural “El Regajal-Mar de Ontígola” (Aranjuez) y su relación con los tipos de vegetación y recursos alimenticios disponibles (1). Esto me llevo a desarrollar una sensibilidad especial por los matorrales semiáridos, tan característicos del entorno del Mediterráneo (romerales, tomillares, espartales, coscojares, etc.).

En el año 2007, y tras finalizar la carrera con Premio Extraordinario de Licenciatura, fui galardonado con una beca pre-doctoral FPU para trabajar en el Instituto de Recursos Naturales (actualmente Museo Nacional de Ciencias Naturales) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas. No habiendo podido olvidar las largas horas de trabajo de campo en Aranjuez, pronto empecé a estar particularmente interesado por el estudio de los efectos de la deposición de nitrógeno en los ecosistemas mediterráneos, para los que me di cuenta de que había muy poca información disponible. Tras un intenso periodo inicial de lectura, diseñé y establecí un experimento de deposición de nitrógeno en un ecosistema semiárido del sur de Madrid (El Regajal) que resultó ser la columna vertebral de mi tesis doctoral y mi principal campo de especialización. Tras más de ocho años de adición de nitrógeno, este experimento aún sigue en funcionamiento y actualmente es uno de los tres únicos sitios que conforman la red experimental NitroMed para el estudio de los efectos de la deposición de nitrógeno en ecosistemas de la cuenca del Mediterráneo (junto con un sitio en Portugal [Sierra de Arrabida] y otro en Cerdeña [Capo Caccia].

2. Experimento de fertilizacion en campo

Desde el comienzo del experimento de fertilización en campo me di cuenta de que para entender e interpretar correctamente los impactos de la deposición de nitrógeno en los ecosistemas Mediterráneos (y en cualquier otro tipo de ecosistema) es necesario abordar su estudio de una forma integrada y con un conocimiento a priori de las reglas que lo gobiernan en ausencia de perturbación; esto es, sin olvidar ninguno de los elementos, así como de las interacciones, que constituyen y, por tanto, definen a un ecosistema (2). También pronto me di cuenta de la necesidad de complementar mis investigaciones de campo con estudios llevados a cabo en condiciones controladas de invernadero, jardín común o cámara de crecimiento específicamente diseñados para testar hipótesis muy concretas; o a lo largo de gradientes ambientales reales de contaminación por nitrógeno, ideales para comprobar si lo hipotetizado a partir de los experimentos de manipulación se cumple en las condiciones mucho más complejas del mundo real.

Mi interés inicial sobre las comunidades de plantas anuales (3, 4) y de leñosas (5) fueron poco a poco derivando en un interés mucho más general sobre las interacciones ecológicas (tales como las micorrizas [5, 6], y la competencia y la facilitación entre especies de plantas [5, 7]), la distribución espacial (8) y la fisiología (9–13) de las costras biológicas del suelo, las comunidades de fauna edáfica (14), así como el funcionamiento de los ecosistemas en general, sobre todo en relación a procesos asociados a los ciclos de nutrientes, tales como la fijación o mineralización del nitrógeno (15, 16), o a la capacidad de los ecosistemas de generar servicios claves tales como el almacenamiento de carbono en el suelo (11, 15–17). Esta última pregunta me sigue interesando en la actualidad y está muy relacionada con un proyecto de investigación que actualmente estoy solicitando.

3. Estancias de investigación durante mi época pre-doctoral y ramificaciones

Durante mi tesis doctoral realicé tres estancias de investigación de aproximadamente tres meses cada una que me permitieron profundizar en el estudio y entendimiento de los impactos y las consecuencias de la deposición de nitrógeno en los ecosistemas terrestres y abrir mis horizontes profesionales.

3.1. Visita a la Universidad de Sheffield en el verano de 2008

Mi primera estancia la realicé en la Universidad de Sheffield bajo la supervisión del Dr. Gareth Phoenix, donde estudié los efectos de la deposición simulada de nitrógeno sobre las comunidades de plantas de dos pastizales templados que diferían en el tipo de suelo. Durante esta estancia supe de la existencia del CAPER, un congreso nacional dedicado a estudiar de forma coordinada y divulgar los efectos de la deposición atmosférica (en sentido amplio) sobre los ecosistemas del Reino Unido. Atender a este congreso durante cuatro años me ha permitido establecer vínculos importantes con investigadores que han sido clave en el desarrollo de mi carrera científica, tales como las doctoras Carly J. Stevens y Lucy J. Sheppard, y me ha servido de inspiración para liderar la creación del CAPERmed, un congreso bianual dedicado a estudiar y divulgar de manera coordinada los impactos de la contaminación atmosférica y el cambio climático sobre los ecosistemas de la cuenca del Mediterráneo. La primera edición del CAPERmed, a la que atendieron más de 40 personas y que ha resultado en la escritura de un artículo de revisión y perspectivas futuras que co-lidero como primer autor (actualmente en revisión), tuvo lugar en 2014 en la Universidad de Lisboa. Actualmente, estoy inmerso en la organización del CAPERmed2, que se celebrará en Brescia a finales de Junio de 2016, y cuyo objetivo es consolidar la red a nivel del Mediterráneo a través de la escritura de un proyecto común con el fin de obtener la financiación necesaria para llevar a cabo actividades de investigación conjunta y fomentar el intercambio de investigadores. Otro objetivo del CAPERmed2 es buscar maneras de fomentar la comunicación entre investigadores, grupos de poder, políticos y el público en general en el entorno del Mediterráneo, con lo que estoy especialmente comprometido. Finalmente, CAPERmed2 resultará en la publicación de un número especial en la revista “Environmental Science and Pollution Research”, del que soy editor invitado.

3.2. Visita a la Universidad de California, Riverside, en el verano de 2009

Posteriormente realice una estancia en el laboratorio de la Profesora Edith B. Allen en la Universidad de California, Riverside, donde contribuí a estudiar los efectos de la deposición de nitrógeno sobre las comunidades de plantas de los desiertos de Sonora y Mojave (Joshua Tree National Park). Esta estancia me permitió igualmente ampliar mi conocimiento sobre la estructura y funcionamiento de los ecosistemas mediterráneos de California (chaparral, coastal sage scrub) y estrechar lazos con investigadores influyentes en mi área de especialización (entre ellos Mark Fenn), lo que me abrió las puertas para participar en un Workshop organizado por la acción COST 729 en Edimburgo en Septiembre de 2009. En este workshop se dejó bien claro que los efectos de la deposición de nitrógeno sobre los ecosistemas Mediterráneos de Europa estaban infra-estudiados, lo que me llevó a sugerir la escritura de un artículo de revisión para un número especial que se organizaba en la revista “Environmental Pollution” con el fin de recopilar la mayor cantidad de información disponible sobre este tema, lo que pensamos podría servir de motivación y base para futuros estudios. Este artículo reuniría, además, a un gran número de reconocidos expertos en el estudio de los impactos de la deposición de nitrógeno en ecosistemas Mediterráneos. Efectivamente, la publicación de este articulo (actualmente mi publicación con mayor número de citas) ha surtido efecto y el número de artículos y proyectos dedicados a estudiar la deposición de nitrógeno en el ambiente de la Cuenca del Mediterráneo se han disparado.

3.3. Visita a la Universidad Edith Cowan en el verano de 2010

Mi tercer y última estancia pre-doctoral la realice en el laboratorio del Profesor William D. Stock en la Universidad Edith Cowan, cerca de Perth (Western Australia). Una de las razones principales para la elección de este lugar fue, al igual que en el caso de California, las ganas de conocer otra región Mediterránea con la que poder completar mi conocimiento sobre este tipo tan particular de ecosistemas que, por aquel entonces, aspiraba a entender. Como resultado de esta estancia, Will Stock participó como co-autor y contribuyó con información valiosa para la escritura del artículo de revisión previamente mencionado.

4. Primera etapa postdoctoral

Tras la defensa de mi tesis doctoral, que constó de 14 capítulos, y que mereció la concesión del Premio Extraordinario de Doctorado, realicé una estancia postdoctoral breve (de menos de un año) en el laboratorio del Dr. Fernando Maestre en la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid, donde continué desarrollando mi línea de deposición de nitrógeno a la vez que me integraba en los estudios globales llevados a cabo por su grupo. Como resultado de esta estancia breve, cuatro publicaciones científicas vieron la luz (11, 13, 16, 18) y actualmente tenemos un artículo en revisión en el que analizamos cuales son los factores bióticos y abióticos que, a nivel global (en 236 parcelas distribuidas por todo el mundo), determinan la formación de islas de fertilidad en ecosistemas áridos.

5. Instituto Hawkesbury para el Medio Ambiente

Durante mi estancia post-doctoral de casi tres años (agosto 2013 – junio 2016) en el Instituto Hawkesbury para el Medio Ambiente (HIE) de la Western Sydney University, Australia, amplié mi campo de especialización a otros factores de cambio global. Durante este tiempo he llevado a cabo investigaciones novedosas sobre los efectos del cambio climático (cambios en los regímenes de precipitación y aumento de las concentraciones de CO2 en la atmosfera) y la eutrofización de los ecosistemas en la estructura aérea y subterránea y los procesos de los ecosistemas (ciclos de nutrientes y la composición de la comunidad microbiana y la actividad), en un marco de estudio de las interacciones planta-suelo-microorganismo. También he pasado a ser un miembro activo de redes de investigación internacionales (Nutrient Network y DroughtNet). Mi trabajo en el HIE ha requerido además del uso de una amplia gama de técnicas de campo (muestreos de especies de plantas, estimaciones de biomasa y producción de raíces, flujos de CO2 a nivel del ecosistema, descomposición de hojarasca) y de laboratorio (análisis de nutrientes, técnicas moleculares como la PCR cuantitativa, actividades enzimáticas, análisis de fosfolípidos), muchas de ellas nuevas para mí, así como la gestión y el análisis de conjuntos de datos complejos, incluyendo datos de composición y diversidad de las comunidades de hongos y bacterias del suelo a partir de análisis secuenciación masiva (Illumina Miseq). Mi posición en el HIE también ha implicado la coordinación y supervisión en el campo y laboratorio de asistentes y estudiantes de maestría y doctorado y la gestión y los gastos de un presupuesto de investigación de 20.000 dólares por año.

6. Proyectos actuales y planes de futuro

Mis intereses actuales incluyen entender el papel de la calidad de la hojarasca (fuentes de carbono lábiles frente a recalcitrantes) sobre las tasas de descomposición y almacenamiento de carbono en respuesta a la adición de nutrientes y la eutrofización de los ecosistemas, lo que puede tener profundas consecuencias para el cambio climático. También estoy interesado en entender cómo las interacciones entre diferentes grupos de organismos (p.e., plantas y microorganismos), las redes ecológicas y los flujos de energía y materia a escala de los ecosistemas se ven afectados por factores de cambio ambiental global, cuestiones que pretendo abordar en el futuro.

Además de creer firmemente en la relevancia de mis investigaciones para la ciencia actual en el contexto de las implicaciones que las actividades humanas puedan tener sobre los ecosistemas terrestres y su capacidad para generar bienes y servicios, creo igualmente en la importancia de fomentar una ciencia multidisciplinar, abierta, participativa y social a través de la cual poder mejorar la calidad de vida de mis conciudadanos. Por lo tanto, mi nueva etapa (a partir de julio de 2016) como investigador Juan de la Cierva en el departamento de ecología de la Universidad Autónoma de Madrid supone para mí una oportunidad inmejorable para empezar a construir las bases de mi carrera científica como investigador maduro e independiente sobre estos principios que acabo de mencionar, con la vista siempre puesta en contribuir con ideas innovadoras y relevantes al campo de la ecología ecosistemas en general y al estudio de los impactos del cambio global en particular.

7. Referencias

  1. Ochoa-Hueso R, De D, Ranea P, Viejo JL (2014) Comparison of trends in habitat and resource selection by the Spanish Festoon, Zerynthia rumina, and the whole butterfly community in a semi-arid Mediterranean ecosystem. J Insect Sci 14(51):1–14.
  2. Ochoa-Hueso R, et al. (2011) Nitrogen deposition effects on Mediterranean-type ecosystems: An ecological assessment. Environ Pollut 159(10):2265–2279.
  3. Ochoa-Hueso R, Stevens CJ (2015) European semiarid Mediterranean ecosystems are sensitive to nitrogen deposition: Impacts on plant communities and root phosphatase activity. Water, Air, Soil Pollut 226(2). doi:10.1007/s11270-014-2278-1.
  4. Ochoa-Hueso R, Manrique E (2010) Nitrogen fertilization and water supply affect germination and plant establishment of the soil seed bank present in a semi-arid Mediterranean scrubland. Plant Ecol 210(2):263–273.
  5. Ochoa-Hueso R, Pérez-Corona ME, Manrique E (2013) Impacts of simulated N deposition on plants and mycorrhizae from Spanish semiarid Mediterranean shrublands. Ecosystems 16(5):838–851.
  6. Martinez-Garcia LB, Ochoa-Hueso R, Manrique E, Pugnaire FI (2015) Different mycorrhizal fungal strains determine plant community response to nitrogen and water availability. J Plant Nutr 178:146–154.
  7. Ochoa-Hueso R, Manrique E (2014) Impacts of altered precipitation, nitrogen deposition and plant competition on a Mediterranean seed bank. J Veg Sci 25:1289–1298.
  8. Ochoa-Hueso R, Hernandez RR, Pueyo JJ, Manrique E (2011) Spatial distribution and physiology of biological soil crusts from semi-arid central Spain are related to soil chemistry and shrub cover. Soil Biol Biochem 43(9):1894–1901.
  9. Ochoa-Hueso R, Manrique E (2011) Effects of nitrogen deposition and soil fertility on cover and physiology of Cladonia foliacea (Huds.) Willd., a lichen of biological soil crusts from Mediterranean Spain. Environ Pollut 159(2):449–57.
  10. Ochoa-Hueso R, Mejías-Sanz V, Pérez-Corona ME, Manrique E (2013) Nitrogen deposition effects on tissue chemistry and phosphatase activity in Cladonia foliacea (Huds.) Willd., a common terricolous lichen of semi-arid Mediterranean shrublands. J Arid Environ 88:78–81.
  11. Ochoa-Hueso R, et al. (2014) Biogeochemical indicators of elevated nitrogen deposition in semiarid Mediterranean ecosystems. Environ Monit Assess 186(9):5831–5842.
  12. Ochoa-Hueso R, Manrique E (2013) Effects of nitrogen deposition on growth and physiology of Pleurochaete squarrosa (Brid.) Lindb., a terricolous moss from Mediterranean ecosystems. Water, Air, Soil Pollut 224(4):1492.
  13. Ochoa-Hueso R, Delgado-Baquerizo M, Gallardo A, Bowker MA, Maestre FT (2015) Climatic conditions, soil fertility and atmospheric nitrogen deposition largely determine the structure and functioning of microbial communities in biocrust-dominated Mediterranean drylands. Plant Soil 399:271–282.
  14. Ochoa-Hueso R, Rocha I, Stevens CJ, Manrique E, Luciañez MJ (2014) Simulated nitrogen deposition affects soil fauna from a semiarid Mediterranean ecosystem in central Spain. Biol Fertil Soils 50(1):191–196.
  15. Ochoa-Hueso R, Bell MD, Manrique E (2014) Impacts of increased nitrogen deposition and altered precipitation regimes on soil fertility and functioning in semiarid Mediterranean shrublands. J Arid Environ 104:106–115.
  16. Ochoa-Hueso R, et al. (2013) Nitrogen deposition alters nitrogen cycling and reduces soil carbon content in low-productivity semiarid Mediterranean ecosystems. Environ Pollut 179:185–193.
  17. Ochoa-Hueso R, Stevens CJ, Ortiz-Llorente MJ, Manrique E (2013) Soil chemistry and fertility alterations in response to N application in a semiarid Mediterranean shrubland. Sci Total Environ 452-453:78–86.
  18. Hernandez RR, et al. (2014) Environmental impacts of utility-scale solar energy. Renew Sustain Energy Rev 29:766–779.

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