La fotosíntesis, la reacción química que impulsa prácticamente toda la vida vegetal en la Tierra, es extremadamente ineficiente a la hora de capturar energía: sólo alrededor del 1% de la energía luminosa absorbida por una planta se convierte en energía química dentro de la planta, según los autores de un nuevo estudio. que propone un método radicalmente nuevo para cultivar sin sol con cultivos transgénicos que comen acetato.
«Si ya no necesitamos cultivar plantas bajo la luz del sol, entonces podemos separar la agricultura del medio ambiente y cultivar alimentos en ambientes interiores controlados», dice el autor correspondiente e ingeniero biológico Robert Jinkerson de la Universidad de California, Riverside. «Creo que necesitamos llevar la agricultura a un nuevo nivel de tecnología ahora, y el siguiente paso debería ser una producción controlada, separada de la naturaleza».
En un artículo publicado en Cell Press y Joule, los bioingenieros proponen un método radicalmente nuevo de producción de alimentos al que llaman «electroagricultura». Básicamente, el método reemplaza la fotosíntesis con una reacción química impulsada por energía solar que convierte de manera más eficiente el CO2 en una molécula orgánica que las plantas transgénicas “comerán”.
Los investigadores estiman que si todos los alimentos en los Estados Unidos se produjeran mediante agricultura eléctrica, se reduciría la cantidad de tierra necesaria para la agricultura en un 94%. Este método también podría usarse en situaciones de desastre donde la luz solar no estaría disponible o sería mínima, así como para cultivar alimentos en el espacio.
Según los investigadores, la agricultura eléctrica significa sustituir los campos agrícolas por edificios de varios pisos. Los paneles solares en o cerca de los edificios absorberán la radiación solar, y esta energía impulsará una reacción química entre el CO2 y el agua para producir acetato, una molécula similar al ácido acético, el componente principal del vinagre.
Luego, el acetato será consumido por las plantas hidropónicas. Este método también se puede utilizar para cultivar otros organismos productores de alimentos, ya que los hongos, levaduras y algas utilizan el acetato de forma natural.
«El objetivo de este nuevo proceso es intentar aumentar la eficiencia de la fotosíntesis», dice el autor principal Feng Jiao, electroquímico de la Universidad de Washington en St. Louis. «Ahora tenemos una eficiencia de alrededor del 4%, que ya es cuatro veces mayor que la fotosíntesis, y como todo es más eficiente con este método, las emisiones de CO2 asociadas con la producción de alimentos son mucho menores».
Para diseñar genéticamente plantas que comen acetato, los investigadores explotan una vía metabólica que las plantas en germinación utilizan para descomponer los alimentos almacenados en sus semillas. Esta vía se desactiva una vez que las plantas se vuelven capaces de realizar la fotosíntesis, pero volver a activarla les permitirá utilizar el acetato como fuente de energía y carbono.
«Estamos intentando reactivar esta vía en plantas maduras y despertar su capacidad natural para usar acetato», dice Jinkerson. – Esto es similar a la intolerancia a la lactosa en los humanos: en la infancia podemos digerir la lactosa de la leche, pero en muchas personas esta vía se desactiva a medida que crecen. Es más o menos la misma idea, pero para las plantas».
El equipo centró su investigación inicial en tomates y lechugas, pero en el futuro planean pasar a cultivos básicos ricos en energía, como cereales, yuca y batatas. Actualmente, han logrado crear plantas que pueden usar acetato además de la fotosíntesis, pero en última instancia su objetivo es crear plantas que puedan obtener toda la energía que necesitan del acetato, lo que significa que no necesitarán luz.
«En el caso de las plantas, todavía estamos en la fase de investigación y desarrollo para intentar que utilicen acetato como fuente de carbono porque las plantas no han evolucionado para crecer de esa manera, pero estamos progresando», dijo Jinkerson. «Sin embargo, hoy en día se pueden cultivar hongos, levaduras y algas de esta manera, por lo que creo que esas aplicaciones podrían comercializarse primero y las plantas después».
Los investigadores también planean seguir perfeccionando el método de producción de acetato para hacer que el sistema de fijación de carbono sea aún más eficiente.
«Este es sólo el primer paso de esta investigación y creo que hay esperanzas de que su eficacia y coste mejoren significativamente en un futuro próximo», concluyó Jiao.
Fuente: CellPress La foto muestra un prototipo de la instalación. Foto de: Feng Jiao.
