Tema 3: La fotosíntesis
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Fotosíntesis mejorada artificialmente
Plantas alteradas genéticamente para tener un fotosíntesis mejorada se desarrollan más rápido, crecen más y producen un 40% más de biomasa.
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Cualquier celda fotovoltaica en el mercado tiene mucho más rendimiento que la fotosíntesis, pues esta tiene un rendimiento final del 1% o 2%, más o menos. Por esta razón es un absurda la idea de obtener biocombustibles a partir de cultivos plantados ex profeso.
Una de las razones de este bajo rendimiento es un fallo de la fotosíntesis, en concreto en la fotorespiración. Ahora, investigadores de la Universidad de Illinois y del Departamento de Investigación en Agrícola de los EEUU informan que han conseguido manipular plantas de tabaco para que su fotosíntesis no presente este fallo y se obtenga un rendimiento un 40% superior al habitual y bajo las mismas condiciones agrícola normales.
Donal Ort, investigador principal de este proyecto, sostiene que gracias a este nuevo desarrollo se podrían alimentar a 200 millones de personas más en EEUU. Según él, extrapolando esto al resto del mundo, se podría superar las demandas en alimentación esperables para este siglo según el actual crecimiento de la población. Al menos desde el punto de vista de las calorías necesarias.
El estudio RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) es un proyecto de investigación internacional que pretende modificar genéticamente los cultivos para que su fotosíntesis sea mejorada y que así se pueda aumentar la producción de comida a nivel mundial. Está financiado por la fundación de Bill y Melinda Gates, la Fundación para la Investigación Agrícola (FFAR) y el Departamento para el Desarrollo Internacional del gobierno del Reino Unido.
La fotosíntesis usa la enzima rubisco y la luz solar para transformar el dióxido de carbono y el agua en azúcares que pueden ser empleados por la planta para crecer. A la vez, durante el proceso de la fotosíntesis se libera oxígeno.
Pero este proceso ha sido víctima de su propio éxito al generar una atmósfera rica en oxígeno. Rubisco distingue mal entre las moléculas de oxígeno y las de dióxido de carbono. Lo ideal sería que sólo tomara las segundas, pero de vez en cuando, en un 20% de las ocasiones, atrapa moléculas de oxígeno que no sirven para el proceso de la fotosíntesis. Este error genera un compuesto tóxico que debe ser reciclado por la planta en el proceso de la fotorrespiración, lo que también consume energía. La pérdida de rendimiento por fotorrespiración llegan hasta ser de un 50%. Rubisco tiene ahora más dificultados aún para capturar dióxido de carbono según la temperatura se hace más alta, lo que produce más fotorrespiración.
Este fallo no era importante cuando la fotosíntesis apareció por evolución hace miles de millones de años, pues en esa época no había mucho oxígeno libre en la atmósfera terrestre. Ha terminando siendo un problema al cabo de todo este tiempo. Algunas plantas encontraron una solución al problema y concentran dióxido de carbono (fotosíntesis C4) y así reducen la captura de oxígeno por error. Pero la mayoría de las plantas que los humanos consumimos no usan esta fotosíntesis.
La fotorrespiración sería como una «antifotosíntesis» que cuesta a la planta recursos y energía que la planta podrían emplear en su propio crecimiento.
Este proceso normalmente usa una ruta bioquímica complicada a través de tres compartimentos en la célula vegetal. Este grupo de científicos ha conseguido modificar esta fotorrespiración alterando esta ruta de tal modo que el proceso se acorte, por lo que se ahorran recursos y energía. Esto hace que la planta crezca más debido a un 40% más de energía extra respecto al caso sin modificar y bajo condiciones agrícolas normales.
Aunque esto se ha intentado en el pasado las mejoras conseguidas han sido más bien escasas. Esta es la primera vez que se consigue un mejora significativa.
Los investigadores consiguieron tres rutas alternativas que reemplazaban el circuito bioquímico original. Para optimizar las nuevas rutas diseñaron constructos genéticos a partir de diferentes conjuntos de genes y promotores. Comprobaron qué casos funcionaban mejor realizando pruebas sobre 1700 plantas hasta seleccionar los óptimos.
Al cabo de dos años de estudios de campo pudieron comprobar que en los mejores casos las plantas, se desarrollaban más rápido, crecían más y producían un 40% más de biomasa que en su mayor parte estaba en unos tallos un 50% más largos.
El proyecto se implementó en planta de tabaco, que es uno de los típicos modelos vegetales usados en laboratorio. Pero la idea se puede aplicar a plantas de cultivo para consumo alimenticio humano. Ahora, este mismo grupo está aplicando esta fotosíntesis modificada a plantas de soja, caupí, arroz, patata, tomates y berenjena.
Aunque todavía queda más de una década hasta que este tecnología esté disponible y se aplique a los campos de cultivo, los responsables de este proyecto dicen que están comprometidos en asegurarse de que los pequeños agricultores, en especial los del África subsahariana, pueden tener acceso a este tipo de cultivos sin pagar los derechos pertinentes.
Sin embargo, hay posibles críticas a un proyecto así. En teoría, una mejora en plantas de cultivo podrían provocar el cruce con sus parientes silvestres y que esta fotosíntesis mejorada, con la ventaja adaptativa inherente, se propagara por el medio y se desequilibraran los ecosistemas. Aunque se cuenta con la ventaja de que, generalmente, los cuellos de botellas en las plantas silvestres son la escasez de agua o nutrientes, no las limitaciones de la fotosíntesis.
Obviamente estarías siempre ahí las pegas habituales de los organismos genéticamente modificados y patentados. En las últimas décadas ya se ha comprobado que la política de las multinacionales que hay detrás de estos organismos pueden generar un perjuicio sobre el bien común de la humanidad. Pero estos problemas tienen que ver más con la política que con la ciencia.
No deja de ser también interesante especular sobre qué camino evolutivo tomarán las plantas dentro de cientos de millones de años, cuando la mayor actividad solar provoque una menor abundancia de dióxido de carbono en la atmósfera debido al aumento de temperatura (si el termostato climático-geológico sigue funcionando). ¿Encontrarían mejoras en la fotorrespiración como las que se han desarrollado en este proyecto?
S, A. (6 de enero del 2019). Fotosíntesis mejorada artificialmente. NeoFronteras. Recuperado de http://neofronteras.com/?p=6510