In just four days of fieldwork, botanists find five tree species new to science in our Rio Zuñac Reserve!

Sciodaphyllum zunacense

Sciodaphyllum zunacense, a new species from our Rio Zuñac reserve. Photos: Pete Lowry. Figure 4 from the linked paper.

Our Rio Zuñac Reserve, like most of our reserves, was carefully chosen to protect little-known centers of plant and animal endemism in the Andes of Ecuador. That reserve, in the granitic Cordillera Abitagua, is particularly rich in locally endemic species, because of its unusual microclimates and geology. Since the area is so seldom visited by specialists, many of  the less conspicuous endemic species remain undiscovered. Nearly every time specialists come to visit, they discover new species in “their” group. One of the most striking examples of this was published last month:

Studies in Neotropical Araleaceae. IX. Four New Species of Sciodaphyllum from the Cordillera Abitagua, Eastern Andes of Ecuador, by D. Neill, P. Lowry, G. Plunkett, M. Mora, E. Merino, M. Asanza, and L. Jost

Some readers may know the common houseplant usually known as Schefflera, a small tree from the Old World tropics. A closely related genus, Sciodaphyllum, lives in the New World tropics. These can be trees, climbers, or hemi-epiphytes that get started in the branches of other trees. They don’t have big colorful flowers, so they are easily overlooked by non-specialists. In 2016 a group of specialists (including the lead authors of the above paper) began intensive work on this little-known genus. Their work revealed that this genus is extraordinarily diverse and has an unexpectedly large number of rare, locally endemic species.

These scientists turned their attention to the Rio Zuñac watershed in 2019, holding a Tropical Botany course based out of our Rio Zuñac research station deep in the forest. The paper tells the story:

“This [Rio Zuñac] watershed was the target of our fieldwork in January 2019, as part of our research project on the Neotropical clade formerly included in Schefflera.…A group of 10 students, four instructors, and five field assistants visited the private Río Zuñac Reserve…We also reached the adjacent higher slopes above 2200m which are situated within Llanganates National Park. During a period of just four days and in a radius of less than 3 kilometers, we collected material of five new species of Sciodaphyllum.”

Sciodaphyllum merinoi

Sciodaphyllum merinoi. Photo: Pete Lowry. Figure 1 from the linked paper.

Four of the five new species of Sciodaphyllum were described in the linked paper, these are known exclusively from the Rio Zuñac watershed. The fifth new species is known from the Rio Zuñac and one other location.These same specialists worked in several other parts of the eastern Andes of Ecuador, including a forest just 10km from the Zuñac, but the four new species described in the linked paper were not found in any of these other places. This suggests that these four species really might be restricted to our unique Rio Zuñac watershed and immediately adjacent forests.

Sciodaphyllum purocafeanum

Sciodaphyllum purocafeanum. Photo: Pete Lowry. Figure 2 from the linked paper.

One of the new species, Sciodaphyllum purocafeanum, was named in honor of Puro Coffee, an organic coffee company in the United Kingdom that has played a major role in the conservation of this area through its donations to our partner the World Land Trust. It was a pleasure to recognize them for this strong support over many years. One of their team members, Andy Orchard, even camped with us and was co-discoverer with us of a new plant species, Blakea attenboroughii. That’s real commitment!

Sciodaphyllum recaldiorum

Sciodaphyllum recaldiorum, named for our rangers from the Recalde family. Photos: Pete Lowry. Figure 3 from the linked paper.

Another of the new species, S. recaldiorum, was named after our wonderful rangers from the Recalde family. The paper explains the name:

“This species is named collectively for the members of the Recalde family of the village of El
Placer, Baños canton, Tungurahua, Ecuador, two generations of which (Jesus, Luis, Darwin, Diana, Santiago, and Abdon) have contributed for nearly two decades to the conservation of Ecuadorian forests as reserve guards for the EcoMinga Foundation properties and have also participated in and assisted with field-based research on the flora and fauna of the EcoMinga reserves. They have discovered several new species of trees, orchids, and frogs.”

We are very proud of the kindness and passion of these rangers, who provided indispensable help and guidance to the scientists who discovered these Sciodaphyllum species, and who regularly risk their lives climbing trees and otherwise helping scientists studying other groups of plants and animals. They have become famous among biologists across the country, and are often asked to help with fieldwork. They are supported by the World Land Trust’s “Keepers of the Wild” program, and I encourage readers to consider supporting that program.

The specialists found one other new Sciodaphyllum species in our Rio Zuñac Reserve, as yet unpublished. It will be named after the Danish botanist Henrik Balslev who did much pioneering work here in Ecuador. In addition they found another species that may or may not be new, and an unidentified species.

S balslevi inedt

Another new species of Sciodaphyllum. This one was found not only in the Rio Zuñac Reserve but also in one other east Andean locality. It will be named after the famous Danish botanist Henrik Balslev. Photo: Pete Lowry.

S indet lenticellata

This species of Sciodaphyllum from the Rio Zuñac Reserve may or may not be new. More study is needed. Photo: Pete Lowry.


S indet Zunac

An unidentified Sciodaphyllum from the Rio Zuñac Reserve. Photo: Pete Lowry

Lou Jost, Fundacion EcoMinga.

¡En sólo cuatro días de trabajo de campo, botánicos encontraron cinco especies de árboles nuevas para la ciencia en nuestra Reserva Río Zuñac!
 
Nuestra Reserva Río Zuñac, como la mayoría de nuestras reservas, fue cuidadosamente elegida para proteger centros de endemismos de plantas y animales poco conocidas en los Andes del Ecuador. Esa reserva, en la granítica Cordillera Abitagua, es particularmente rica en especies endémicas locales, debido a su geología y microclima inusual. Dado que el área rara vez es visitada por especialistas, muchas de las especies endémicas menos conspicuas permanecen sin descubrir. Casi cada vez que los especialistas vienen de visita, descubren nuevas especies en “su” grupo. Uno de los ejemplos más llamativos de esto se publicó el mes pasado:
 
 
Algunos lectores podrían conocer la planta de casa usualmente conocida como Schefflera, un pequeño árbol de los trópicos del Viejo Mundo. Un pariente cercanamente relacionado, Sciodaphyllum, vive en los trópicos del Nuevo Mundo. Estos podrían ser árboles, trepadores o hemi-epífitas que se originan en las ramas de otros árboles. Ellos no tienen grandes flores y coloridas, por lo que los no especialistas las pasan por alto fácilmente. En 2016, un grupo de especialistas (incluyendo los autores principales del artículo anterior) comienzan el trabajo intensivo sobre este género poco conocido. Su trabajo revela que este género es extraordinariamente diverso y tiene un número inesperadamente grande de especies raras y endémicas localmente. 
 
Estos científicos giraron su atención a la cuenca del Río Zuñac en 2019, llevando a cabo un curso de Botánica Tropical con base en nuestra estación de investigación Río Zuñac en lo profundo del bosque. El periódico cuenta la historia:
 
“Esta cuenca [Río Zuñac] fue objeto de nuestro trabajo de campo en Enero 2019, como parte de nuestro proyecto de investigación en el clado Neotropical incluido formalmente en Schefflera… Un grupo de 10 estudiantes, cuatro instructores, y cinco asistentes de campo, visitaron la Reserva Privada Rio Zuñac… También llegamos a las pendientes más altas adyacentes por encima de los 2200 m que se encuentran dentro del Parque Nacional Llanganates. Durante un periodo de tan solo cuatro días y en un radio de menos de 3 km, recolectamos material de cinco nuevas especies de Sciodaphyllum“.
 
IMG – Sciodaphyllum merinoi. Fotografía: Pete Lowry. Figura 1 del artículo relacionado
 
Cuatro de las cinco nuevas especies de Sciodaphyllum fueron descritas en el paper original, estas son conocidas exclusivamente para la cuenca del Río Zuñac. La quinta nueva especie se conoce en el río Zuñac y en otro lugar. Estos mismos especialistas trabajaron en varias otras partes de los Andes orientales de Ecuador, incluido un bosque a solo 10 km del Zuñac, pero las cuatro nuevas especies descritas en el documento vinculado no se encontraron en ninguno de los otros lugares. Esto sugiere que estas cuatro especies realmente podrían estar restringidas a nuestra exclusiva cuenca del río Zuñac y a los bosques inmediatamente adyacentes.
 
IMG- Sciodaphyllum purocafeanum. Fotografía: Pete Lowry. Figura 2 del artículo relacionado
 
Una de las nuevas especies, Sciodaphyllum purocafeanum, fue nombrada en honor a Puro Coffe, una compañía de café orgánico en el Reino Unido que ha jugado un papel importante en la conservación de esta área a través de sus donaciones a nuestro socio World Land Trust. Fue un placer reconocerlos por su fuerte apoyo a lo largo de tantos años. Uno de sus miembros de equipo, Andy Orchard, incluso acampó con nosotros y fue co-descubridor con nosotros de una nueva especie de planta, Blakea attenboroughii. ¡Ese es un compromiso real!
 
Otra de las nuevas especies, S. recaldiorum, fue nombrada en honor de nuestros maravillosos guardaparques de la familia Recalde. El artículo explica el nombre: 
 
“Esta especie se nombra colectivamente por los miembros de la familia Recalde del pueblo de El Placer, cantón Baños, Tungurahua, Ecuador, dos generaciones de las cuales (Jesús, Luis, Darwin, Diana, Santiago y Abdón) han contribuido por cerca de dos décadas a la conservación de los bosques ecuatorianos como guardias de reserva de las propiedades de la Fundación EcoMinga y también han participado en y colaborado con investigaciones de campo sobre la flora y fauna de las reservas de EcoMinga. Han descubierto varias especies nuevas de árboles, orquídeas y ranas.”
 
Estamos muy orgullosos de la amabilidad y la pasión de estos guardabosques, que brindaron ayuda y orientación indispensable a los científicos que descubrieron estas especies de Sciodaphyllum, y que regularmente arriesgan sus vidas trepando árboles y ayudando a los científicos que estudian otros grupos de plantas y animales. Se han hecho famosos entre los biólogos de todo el país y, a menudo, se les pide que ayuden con el trabajo de campo. Cuentan con el apoyo del programa “Keepers of the Wild” de The World Land Trust, y animo a los lectores a que consideren apoyar ese programa. 
 
El especialista encontró otra nueva especie de Sciodaphyllum en nuestra Reserva Río Zuñac, aún inédita. Llevará el nombre del botánico danés Henrik Baslev, quien hizo mucho trabajo pionero aquí en Ecuador. Adicionalmente encontraron otra especie que puede ser nueva o no, y una especie no identificada. 
 
IMG – Otra nueva especie de Sciodaphyllum. Esta fue encontrada no solo en la Reserva Río Zuñac, sino también en otra localidad andina oriental. Llevará el nombre del famoso botánico danés Henrik Balslev. Fotografía: Pete Lowry
 
IMG – Esta especie de Sciodaphyllum de la Reserva Río Zuñac puede o no puede ser nueva. Se necesitan más estudios. Fotografía: Pete Lowry.
 
IMG – Una Sciodaphyllum sin identificar de la Reserva Río Zuñac. Fotografía: Pete Lowry
 
Lou Jost, Fundación EcoMinga. 
Traducción: Salomé Solórzano-Flores

A new frog, named by citizens!

Hylocirtus sp. nov.

Male Hyloscirtus conscientia. Photo: Callie Broaddus

Another new frog has been published from our Dracula Reserve in northwest Ecuador! It was discovered in 2017 by our herpetologist/reserve manager Juan Pablo Reyes and herpetologist Mario Yanez, who are both investigators with the Instituto Nacional de Biodiversidad, and Fausto Recalde, a Banos-area reserve warden visiting the Dracula Reserve (far from Banos) to help the scientists. It belongs to the genus Hyloscirtus.

One of our colleagues, Callie Broaddus, who is the founder of Reserva: Youth Land Trust, wanted to involve young people in this discovery by hosting a contest to suggest the name for this frog. The discoverers agreed to propose the winning name in their scientific publication describing the species. The contest was open to the public, and lots of people learned about the frog and the threats to its existence. Six hundred twenty two people from 36 countries entered the contest. A panel of prominent scientists and conservationists were the judges. The winner was Carolina Bustillos, a 19-year-old Ecuadorian, who proposed the specific name “conscientia”, Latin for “self-knowledge” or “consciousness”. Carolina explained it this way: “Creo que esta pequeña rana debería llevar ese mensaje. El mensaje de ser conscientes sobre lo maravillosa que es esta tierra, con toda su flora y fauna, y ser conscientes de que se debería cuidarla y estar agradecidos con ella.” [“I think this little frog should bear this message, the message to be cosncious of the wonders of this earth, with all its flora and fauna, and be conscious that we ought to care for the earth and be thankful to it.”]

Dominic Benitiz, 14 years old, suggested the winning common name, “Rana Nubular de Chical” [“Nubular frog of Chical”]. She made up the word “Nubular”, which in Spanish suggests the word for cloud, “nube”, since the frog lives in cloud forest. Chical is the nearest town to the discovery site.

Hyloscirtus conscientia is most closely related to H. mashpi, another recently discovered species which lives a couple of hundred kilometers to the south. Like most members of this genus, it lives near fast-moving streams, where the males call fron a perch that typically has a leaf covering it like an umbrella, undoubtedly to protect the calling frog from frog-eating bats. I don’t have a photo fo this behavior in H. conscientia, but the photo below illustrates this behavior in a different, closely related Hyloscirtus species, H.phyllognathus, photographed in our Rio Zunac Reserve near Banos.

Hyloscirtus Zunac

Hyloscirtus phyllognathus calling beneath a leaf that forms an umbrella over the frog, protecting it from predatory bats. The new species  Hyloscirtus conscientia has the same behavior. Photo: Lou Jost/EcoMInga.

Callie and her team have written beautiuful accounts about their time in the habitat of Hyloscirtus conscientia, illustrated with their stunning photos. I highly recommend reading their stories. A good place to start is here:

Field Notes Day 1

SnakeCallie

A snake in the Dracula Reserva. Photo Callie Broaddus.

Lou Jost, Fundacion EcoMinga

¡Una nueva rana nombrada por ciudadanos!
 
IMG 01 – Macho Hyloscirtus conscientia. Fotografía: Callie Broaddus
 
Otra nueva rana ha sido publicada desde nuestra Reserva Drácula en el nororiente del Ecuador! Ha sido descubierta en 2017 por nuestro herpetólogo/manager de la reserva Juan Pablo Reyes y el herpetólogo Mario Yánez, quienes son investigadores del instituto Nacional de Biodiversidad, y Fausto Recalde, a la reserva Baños para ayudar a los científicos. Pertenece al género Hyloscirtus.
 
Uno de nuestros colegas, Callie Broaddus, quien es el fundador de Reserva: Youth Land Trust, quiso involucrar gente joven en este descubrimiento organizando un concurso para sugerir el nombre de esta rana. Los descubridores acordaron proponer el nombre ganador en su publicación científica describiendo la especie. El concurso se abrió al público, y montones de personas aprendieron acerca de la rana y las amenazas a su existencia. Seis cientos veinte y dos personas de cerca de 36 países ingresaron al concurso. Un panel de científicos prominentes y conservacionistas fueron los jueces. El ganador fue Carolina Bustillos, una mujer de 19 años ecuatoriana, quien propuso el nombre específico concientia, Latín de “autoconocimiento” o ” conciencia”. Carolina explicó en esta forma: “Creo que esta pequeña rana debería llevar ese mensaje”. El mensaje de ser conscientes sobre lo maravillosa que es esta tierra, con toda su flora y fauna, y ser conscientes de que se debería cuidarla y estar agradecidos con ella”.
 
Dominic Benitiz, de 14 años de edad, sugirió el nombre común ganador, “Rana Nubular de Chical”. Ella inventó la palabra “Nubular”, que en español sugiere la palabra nube, “nube”, ya que la rana vive en el bosque nuboso. Chical es la ciudad más cercana al sitio del descubrimiento. 
 
Hyloscirtus conscientia está más cercanamente relacionada a H. mashpi, otra especie de rana recientemente descubierta que vive un par de cientos de kilómetros al sur. Como la mayoría de miembros de este género, vive cerca de arroyos que se mueven rápidamente, donde los machos llaman desde una percha que típicamente tiene una hoja que la cubre como un paraguas, sin duda para proteger a la rana que llama de los murciélagos que se alimentan de ranas. No tengo una foto de este comportamiento en H. conscientia, pero la foto de abajo ilustra este comportamiento en una especie relacionada de Hyloscirtus diferente, H. phyllognathus, fotografiada en nuestra Reserva Rio Zuñac, cerca de Baños.  
 
IMG – Hyloscirtus phyllognathus llamando debajo de una hoja que forma un paraguas sobre la rana, protegiéndola de los murciélagos depredadores. La nueva especie Hyloscirtus conscientia tiene el mismo comportamiento. Foto: Lou Jost/ EcoMinga
 
Callie y su equipo han escrito hermosos relatos sobre su tiempo en el hábitat de Hyloscirtus conscientia, ilustrados con sus impresionantes fotos. Recomiendo encarecidamente leer sus historias. Un buen lugar para comenzar es aquí:
 
 
Una culebra en la Reserva Dracula. Fotografía de Callie Broaddus. 
 
Lou Jost, Fundación EcoMinga. 
Traducción: Salomé Solórzano-Flores

Beautiful new NatGeo article about glass frogs

Glassfrogs

National Geographic has just published this fascinating article about glass frogs, illustrated by the beautiful photos of Jaime Culebras.

[Traduccion en español abajo]

Glass frogs are so transparent that their guts and heart are clearly visible through their skin. They are adorable and their biology is quite interesting, as you will learn by reading the article. Our Rio Manduriacu Reserve is one of the richest places in the world for glass frogs, and several of the photos in the article were taken in that reserve. You may remember Jaime Culebras, the article’s photographer, from our post about his award-winning photos of our Nymphargus manduriacu. In this National Geographic article you will see some of those photos, along with his stunning photos of glass frogs from elsewhere in Latin America. The article also includes some quotes from one of our important scientific collaborators, Juan Manuel Guayasamin of the Universidad San Francisco de Quito. I am sure everyone who reads this blog will enjoy the article.

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This brownish-colored glass frog, Nymphargus anomalus, and the green mosses and lichens which surround it are transformed into a colorful fluorescent landscape by ultraviolet light. The frog’s skeleton fluoresces particularly strongly and can be clearly seen in the photo. While this individual did not seem to care at all about the ultraviolet light, when taking these kinds of photos it is best to be cautious and use only very short bursts of UV light, and of course the light should not be shined straight into their eyes. For more about fluorescencesee our video. Photo: Lou Jost/EcoMinga

Lou Jost

Fundacion EcoMinga

Hermoso artículo de NatGeo hablando de ranas de cristal
IMG 01 – National Geographic acaba de publicar este fascinante artículo sobre las ranas de cristal, ilustrado por las bellas fotografías de Jaime Culebras
Las ranas de cristal son tan transparentes que sus intestinos y su corazón son claramente visibles a través de su piel. Son adorables y su biología es completamente interesante, a medida que aprenderás leyendo el artículo. Nuestra Reserva Río Manduriacu es uno de los lugares más ricos en ranitas de cristal del mundo, y varias de las fotografías en el artículo se tomaron en esta reserva. Puedes recordar a Jaime Culebras, el fotógrafo del artículo, de nuestra publicación acerca de sus fotos premiadas de nuestra Nymphargus manduriacu. En este artículo de National Geographic verás algunas de estas fotografías, junto con sus impresionantes fotos de ranas de cristal de otras partes de América Latina. El artículo también incluye algunas citas de uno de nuestros importantes colaboradores científicos, Juan Manuel Guayasamín de la Universidad San Francisco de Quito. Estoy seguro de que todos los que lean este blog disfrutarán del artículo.
IMG 02 – Esta ranita de cristal de color café, Nymphargus anomalus, y los musgos y líquenes verdes que la rodean, están transformados en un paisaje colorido fluorescente por la luz ultravioleta. El esqueleto de la rana presenta una fluorescencia particularmente fuertemente y puede ser claramente visto en la fotografía. Si bien este individuo no parece preocuparse en absoluto de la luz ultravioleta, cuando tomamos este tipo de fotografías es mejor ser cuidadoso y usar solo pequeñas ráfagas de luz UV, y por supuesto la luz no debe apuntar directamente a sus ojos. Para más información sobre fluorescencia, vea nuestro video. Fotografía: Lou Jost / EcoMinga
Lou Jost, Fundación EcoMinga
Traducción: Salomé Solórzano-Flores

Plant fluorescence

Above: My video explaining plant fluorescence, with some examples. I made this for Arizona’s Natural History Institute, which has helped support EcoMinga. [Vea la traduccion del video a Espanol abajo.]

[La traduccion del articulo a Espanol tambien esta abajo]

When plants are struck by sunlight, the pigments in the plants determine the color of the reflected light. Chlorophyll, for example, absorbs red and blue light for photosynthesis, and reflects green light. That’s why we see leaves as green.

But along with reflected light, there is also another and much more colorful kind of light shining from leaves and other plant parts when they are exposed to sunlight. This kind of light is called “fluorescence light”, and the mechanism that generates this light is the same mechanism that is behind our household fluorescent lights.

Here is how it works: An incoming photon of light can strike a molecule and transfer its energy to one of the molecule’s electrons, causing the electron to jump to a higher energy state of the molecule. This higher energy state is unstable, so the electron, after losing a small amount of energy to vibrations/heat, quickly drops back down to its original lower energy state, producing a new photon which carries off the remaining energy of the original photon.

Plants are like little fluorescent light bulbs, producing many colors of light due to this process. The color produced by any given molecule depend on the energy difference between the ground state (the stable state) of the molecule and its higher-energy states.

Ordinarily we can’t see this light, because the reflected sunlight is so much stronger than the fluorescence light. However, if we shine invisible ultraviolet light on the plant, this ultraviolet light will also cause fluorescence, and the colors of the fluorescence light will not be washed out because the UV light is invisible to our eyes. My video above shows these fluorescence colors.

Here are some photos I made of the fluorescence being emitted by some of our local plants:

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Green liverworts and other plants glowing under UV light. Photo: Lou Jost/EcoMinga

 

FernFluorescence

A “leaflet” of an ordinary green fern, emitting fluorescent colors under UV light. Photo: Lou Jost/EcoMinga

See the video for more examples.

This fluorescence light is not just a novelty. It turns out that, under natural sunlight, the intensity of the red fluorescence of chlorophyll is strongly correlated with the amount of photosynthesis taking place. Since all the energy expended by living organisms in terrestrial ecosystems originally comes from photosynthesis, the fluorescence light can tell us fundamental information– we could measure the total energy input into a given ecosystem by measuring this red fluorescence.

In real life, this seems like an impossible task, since we can’t even see this fluorescence. However, an interesting consequence of quantum mechanics makes it possible to actually measure chlorophyll fluorescence even from space!!!

Almost all the light that hits earth comes from the sun, which is surrounded by a cloud of gas made up mostly of hydrogen and helium. Because these atoms are quantum-mechanical objects, their electrons cannot have just any arbitrary energy; their energies can only have certain special values determined by their quantum-mechanical wave properties. Most photons therefore cannot be absorbed by these atoms, because the photon energies don’t match the allowed energy levels of the atoms. But the photons whose energies match the allowed energy levels of the atoms will be absorbed, raising the atom to higher energy levels. The gas cloud surrounding the sun therefore acts as a filter for the light coming out of the sun; light of certain very precise colors (energies) can’t get through this gas cloud. The same thing happens when the sun’s light reaches earth; the oxygen molecules in our atmosphere absorb certain very specific colors.

We’ve all seen the rainbow patterns produced when sunlight goes through a prism. The colors appear to change from red to yellow to green to blue to violet without any gaps between them. But if we looked at that rainbow pattern with a very precise instrument, we would see that there are many tiny black gaps in the rainbow pattern, and the wavelength (or color) of each gap corresponds to the allowed energy levels of the atoms and molecules of the sun’s gas cloud and the earth’s atmosphere. The dark lines in the rainbow pattern of sunlight were first noticed in the early 1800s, and are called “Fraunhofer lines”. 

F_lines

Fraunhofer lines in the solar spectrum, slightly exaggerated. From Wikipedia.

Since the spectrum of light coming to the earth from the sun is (mostly) lacking these special colors, light that we find on earth with those exact colors is (mostly) not reflected sunlight. Light of these special colors must have been emitted by the earth itself, as fluorescence. This gives us a way to measure the fluorescence of the world from space, by looking at the amount of earthlight that fills these gaps in the spectrum of solar radiation. Specifically, we can measure the red and infrared fluorescence of chlorophyll by finding the gaps (Fraunhofer lines) in the red and infrared parts of the solar spectrum, and measuring the amount of earthlight that fills in these gaps. 

People began to realize that this was possible less than 20 years ago. It became a reality with the launch in 2009 and 2013 of satellites designed to use these principles to measure chlorophyll fluorescence. The world chlorophyll fluorescence has now been mapped:

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World map of chlorophyll fluorescence intensity. Red is highest intensity, blue and gray are lowest. From Frankenberg et al (2013)

Since the intensity of chlorophyll fluorescence is correlated with the amount of photosynthesis, this map shows that the  humid tropics have the highest productivity (biological energy input) in the whole world. Of course, these are also the world’s most diverse terrestrial ecosystems. The amount of photosynthesis happening in an ecosystem is closely correlated with the amount of biodiversity supported by that ecosystem. This is probably not an accident.

Lou Jost, Fundacion EcoMinga

 

Fluorescencia vegetal
 
Video 01 – “Espera… ¿Qué? ¿Las plantas producen luz?”. Arriba mi video explicando la fluorescencia en plantas, con algunos ejemplos. Hice esto para el Instituto de Historia Natural de Arizona, el cual ha apoyado a EcoMinga. 
 
Cuando las plantas son golpeadas por la luz solar, sus pigmentos determinan el color de la luz reflejada. La clorofila, por ejemplo, absorbe a la luz roja y azul por la fotosíntesis y refleja la luz verde. Esa es la razón por la que vemos hojas verdes.

Pero junto a la luz reflejada, también hay otra luz de tipo mucho más colorida, brillando desde las hojas y otras partes de la planta cuando se exponen a la luz solar. Este tipo de luz es llamada “luz fluorescente”, y el mecanismo que genera esta luz es el mismo mecanismo que está detrás de nuestras luces fluorescentes domésticas.

Aquí está cómo funciona: Un fotón de luz entrante puede golpear una molécula y transferir su energía a uno de los electrones de la molécula, causando que el electrón salte a un estado de mayor energía de la molécula. Este estado de mayor energía es inestable, de modo que el electrón, después de perder una pequeña cantidad de energía por vibraciones/calor, rápidamente regresa a su estado de energía baja original, produciendo un nuevo fotón que lleva la energía remanente del fotón original.

Las plantas son como pequeñas bombillas fluorescentes, elaborando varios colores de la luz debido a este proceso. El color producido por cualquier molécula determinada depende de la diferencia de energía entre el estado fundamental (el estado estable) de la molécula y sus estados de mayor energía. 

Ordinariamente no podemos ver esta luz, porque la luz solar reflejada es mucho más fuerte que la luz fluorescente. Sin embargo, si iluminamos  a la planta con luz ultravioleta invisible, esta luz ultravioleta también causará fluorescencia, y los colores de la luz fluorescente no se desvanecerán porque la luz UV es invisible a nuestros ojos. Mi video de arriba muestra los colores fluorescentes. 

Aquí hay algunas fotografías que hice sobre la fluorescencia siendo emitida por algunas de nuestras plantas locales.

IMG 01- Hepáticas verdes y otras plantas brillantes bajo la luz UV. Fotografía: Lou Jost/ EcoMinga

IMG 02- Una pinna de un helecho verde ordinario, emitiendo colores fluorescentes bajo la luz UV. Fotografía: Lou Jost/ EcoMinga

Mira el video para más ejemplos.

Esta luz fluorescente no es sólo una novedad. Resulta que, bajo la luz solar natural, la intensidad de la fluorescencia roja de la clorofila está fuertemente correlacionada con la cantidad de fotosíntesis que toma lugar. Dado que toda la energía que gastada por los organismos vivos en los ecosistemas terrestres, originalmente viene de la fotosíntesis, la luz fluorescente puede darnos información fundamental – podríamos medir la entrada total de energía en un ecosistema dado midiendo esta fluorescencia roja.

En vida real, esto parece ser una tarea imposible, empezando por que nosotros no podemos siquiera ver esta fluorescencia. Sin embargo, una consecuencia interesante de mecánica cuántica hace posible medir realmente la fluorescencia de la clorofila ¡¡¡Incluso desde el espacio!!!

Casi toda la luz que golpea la tierra viene del sol, el cual está rodeado por una nube de gas compuesto en su mayoría por hidrógeno y helio. Debido a que estos átomos son objetos de la mecánica cuántica, sus electrones no pueden sólo tener cualquier energía arbitraria; sus energías pueden solo tener ciertos valores especiales determinados por sus propiedades de onda cuántico-mecánicas. La mayoría de fotones por lo tanto no pueden ser absorbidas por estos átomos, porque la energía del fotón no iguala los niveles de energía de los átomos. Pero los fotones cuyas energías coinciden con los niveles de energía permitidos de los átomos serán absorbidos, elevando el átomo a niveles de energía más altos. La nube de gas rodeando el sol por lo tanto actúa como un filtro para la luz que sale desde el sol; la luz de ciertos colores muy precisos (energías) no puede pasar a través de esta nube de gas. La misma cosa ocurre cuando la luz del sol llega a la tierra; las moléculas de oxìgeno en nuestra atmósfera absorben ciertos colores muy específicos. 

Todos hemos visto los patrones del arcoiris producidos cuando la luz solar pasa a través de un prisma. Los colores parecen cambiar de rojo, a amarillo, a verde, a azul, a violeta, sin ningún vacío entre ellos. Pero si vemos a un patrón de arcoiris con un instrumento muy preciso, podríamos observar que hay muchas pequeñas brechas oscuras en el patrón del arcoiris, y la amplitud de onda (o color) de cada brecha corresponde a los niveles de energía permitidos de los átomos y moléculas de la nube de gas del sol y la atmósfera terrestre. Las líneas oscuras en el patrón de arcoiris de la luz solar fueron descubiertas por primera vez en los tempranos 1800s, y son llamadas “lineas de Fraunhofer”.

IMG 03- Lineas Fraunhofer en el espectro solar, levemente exageradas. De Wikipedia

Dado que el espectro de luz que viene del sol hacia la tierra es (en su mayoría) carente de estos colores especiales, la luz que encontramos en la tierra con esos colores exactos es (en su mayoría) la luz solar no reflejada. La luz de estos colores especiales debió haber sido emitida por la tierra en si misma, como fluorescencia. Esto nos da una manera de medir la fluorescencia del mundo desde el espacio, observando la cantidad de luz terrestre que llena estas brechas en el espectro de la radiación solar. Específicamente, podemos medir la fluorescencia roja e infraroja de clorofila llenando estas brechas (líneas de Fraunhofer) en las partes rojas e infrarrojas del espectro solar, y midiendo la cantidad de luz terrestre que se llena en estas aberturas.

La gente comenzó a caer en cuenta de que esto era posible hace menos de 20 años atrás. Se volvió una realidad con el lanzamiento en 2009 y 2013 de satélites diseñados para usar estos principios para medir la fluorescencia de la clorofila. La fluorescencia de la clorofila mundial ahora ha sido mapeada:

IMG 04 – Mapa mundial de intensidad de la fluorescencia de clorofila. Rojo es la intensidad más alta, azul y gris son las más bajas. De: Frankenberg et al (2013) 

Dado que la intensidad de la fluorescencia de la clorofila está correlacionada con la cantidad de fotosíntesis, este mapa muestra que los trópicos húmedos tienen la más alta productividad (ingreso de energía biológico) en el mundo entero. Por supuesto, estos son también los ecosistemas terrestres más diversos. La cantidad de fotosíntesis ocurriendo en un ecosistema esta cercanamente correlacionada con la cantidad de biodiversidad que soporta o sostiene este ecosistema. Esto probablemente no es un accidente.

Lou Jost, Fundación EcoMinga

Traducción: Salomé Solórzano-Flores