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?
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Fuentes y referencias:
Artículo original.
¿Cómo evolucionó la fotosíntesis C4?
Foto: NeoFronteras.
14 Comentarios
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lunes 7 enero, 2019 @ 10:35 am
Hay un pequeño error de tecla, pero que a algunos puede confundir. Final del primer párrafo: no es «ex proceso» sino «ex profeso».
En cuanto al descubrimiento o invento, sea bienvenido para las zonas hambrientas del planeta, pero no lo empleemos para aumentar el número de habitantes, que hay otras varias o muchas limitaciones.
lunes 7 enero, 2019 @ 12:11 pm
Estimado Tomás.
El logro es muy interesante. Pero tratar de usarlo en esa dirección no tiene sentido. A ciertas regiones del globo o se les exporta algún tipo de feminismo o estarán/estaremos perdidos. Todos los recursos los emplean en tener más hijos. Así que algo así sería usado en ese sentido.
Por otro lado los OGM diseñados para usar pesticidas son un horror sin sentido, salvo para las multinacionales que se enriquecen.
Luego, cualquier OMG patentado tiene graves problemas políticos, como la destrucción de cultivos tradicionales. Miles de años de selección artificial de plantas muy adaptadas a ciertas regiones serán tirados por la borda. Por no hablar de agricultores multados porque el polen del campo del vecino se escapa a sus campos.
lunes 7 enero, 2019 @ 5:49 pm
¿Algún tipo de feminismo? Dado el feminismo de ‘tercera ola’ que padecemos en Occidente,quizá sería mejor decir, ‘se les exporta el conocimiento suficiente sobre planificación familiar y métodos anticonceptivos’. Tampoco creo que esto sirviera para gran cosa, dadas las creencias religiosas, tradiciones y supersticiones que tanto abundan precisamente allí donde menos falta hacen.
Tampoco tengo muy claro el asunto del ‘bien común de la humanidad’¿existe tal ‘bien común’? Diría que no. El bien común de la humanidad suena a religión.
Por lo demás, bastante de acuerdo con el comentario de Neo, el logro científicamente considerado, es muy interesante. Aunque si no fuera por los OMG habría ya mucha más hambre en el mundo.
lunes 7 enero, 2019 @ 6:51 pm
Estimado Luís:
Los OMG no han solucionado el hambre en el mundo, ni mucho menos. Encima han creado problemas nuevos, como la destrucción de poblaciones de insectos o el incremento del uso de pesticidas (se ha diseñado la planta para que los resista) sobre unos cultivos que al final terminan en el consumo humano.
No se puede realizar esta carrera hacia adelante en la que la población humana es cada vez más sensible a entrar en un estadio cada más inestable. Hacer crecer la población humana es un inmenso error que finalmente condena al propio ser humano.
Sobre el feminismo que menciona quizás le resulte graciosa la viñeta que aparece en los comentarios de otro post:
http://neofronteras.com/?p=6489#comments
martes 8 enero, 2019 @ 11:52 am
Pienso que las religiones, creencias y tradiciones -quizá válidas en otros tiempos- para esas regiones empobrecidas son responsables de gran parte de las desgracias que les afligen. Si alguna vez sus líderes son capaces de ver más allá de sus intereses políticos y logran convencer de lo perjudicial de esas costumbres procreadoras quizá se arregle algo. Pero lo veo difícil, o a muy largo plazo, porque con eso de que «el pueblo siempre tiene razón» -democracia cuando conviene- o «vox populi, vox Dei»…, lo razonable resulta impopular, así que no hay votos con los que gobernar.
domingo 13 enero, 2019 @ 7:56 pm
Pero entonces la pregunta es: ¿por qué la evolución no ha dado este paso? Me permito recordar que como seres humanos, nada de nuestra tecnología es original, la naturaleza hace todo lo que hacemos. Existen hasta láseres naturales, y aunque se presume de la temperatura alcanzada en el LHC, tengo la plena certeza de que hay lugares en el Universo más fríos que eso.
Quizá haya que introducir este punto en el debate. La evolución es bastante considerada con nosotros, a pesar de ser la lotería de Doña Francisquita, todo lo que hace responde a causa y efecto. No debería de resultarnos muy difícil al menos pensar por qué esto no está presente, porque esa respuesta puede ser muy importante.
Respecto a los problemas con OMG, también me sorprende que nadie trabaje en la solución obvia para evitar líos: que sean estériles, aunque siempre estará el problema de otro tipo de transferencias minimiza mucho el problema. Es algo que ya debería hacerse con el tráfico de animales de compañía, y es perfectamente viable y practicable.
lunes 14 enero, 2019 @ 10:16 am
¿Por qué la evolución no ha dado este paso? Muy sencillo: porque la evolución no es un fenómeno que persiga lo mejor, ni siquiera lo más eficiente, ni lo más económico biológicamente. Si lo hiciese, por ejemplo, no morirían -según creo- miles de personas atragantadas al comer -incluso con las uvas de fin de año-. Hay cosas que la evolución, como lo aprovecha todo, pues eso, deja patas a seres que no las necesitan o, como mínimo, caderas y restos así. La evolución tiene sus chapuzas: basta mirarnos en el espejo.
lunes 14 enero, 2019 @ 7:21 pm
Eso ya lo sabemos. Si no ha dado este paso es pura y simplemente, porque esa mayor eficiencia no incrementa las probabilidades de supervivencia, sino que las *decrementa*, o bien porque no es accesible ese cambio. El segundo punto es interesante y no muy preocupante, el primero debería hacer saltar todas las alarmas.
lunes 14 enero, 2019 @ 8:02 pm
Referente al 6 y 7 el artículo dice «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.»
martes 15 enero, 2019 @ 9:05 am
Ya, JavierL, pero ¿cuál es la cuestión?
jueves 17 enero, 2019 @ 2:36 am
Resumen del año 2018 de Greenpeace:
https://es.greenpeace.org/es/noticias/asi-ha-sido-la-lucha-por-el-medio-ambiente-en-2018/?utm_medium=email&utm_source=newsletter-socios&utm_campaign=Quienessomos&utm_content=news%20fin%20de%20a%C3%B1o%202019&utm_term=NOTICIA_PRINCIPAL
Con algunas victorias de cara a nuestra salvación.
viernes 18 enero, 2019 @ 11:46 am
¡Oh Alá! tengas razón y el 18 sea el año del no retorno. Que todo sean progresos en la tremenda lucha que nos espera: cambio climático, desforestación, extinción de especies, macro, micro y nanoplásticos, bisfenoles, insecticidas, nuevas enfermedades, decaimiento de la acción de los antibióticos y una inacabable lista de males que nos hemos ido echando encima para dificultad de calidad de vida de nuestros descendientes y, para los compañeros más jóvenes, de ellos mismos.
Un fuerte abrazo, querido amigo.
domingo 20 enero, 2019 @ 5:53 am
«Insha’Allah», origen del «oxalá» portugués y el «ojalá» del español/castellano. Es mi vocablo favorito y el título de dos temas musicales, en esas respectivas lenguas, que también me gustan: «Oxalá» del grupo portugués Madredeus (que ya puse hace unos años) y esta canción de desamor del cantautor cubano Silvio Rodríguez:
https://www.youtube.com/watch?v=T9LxsJ0swFY
Ojalá se cumplan tus buenos deseos, mi querido Tomás.
Ojalá colaboremos y dejemos de luchar contra el planeta que nos acoge, como decía Carl Sagan.
Ojalá siga habiendo, en el futuro, seres humanos que se estremezcan al contemplar un amanecer, como dice nuestro querido Neo.
Ojalá te reconforten todos los abrazos electrofanfarrónicos que te mando.
Ojalá.
viernes 25 enero, 2019 @ 10:34 am
Gracias por la lección y por la canción, mi sensible amigo. Yo es que me invento mis etimologías por la vía rápida.
Un fuerte abrazo.