La fotosíntesis es el punto de partida de casi todas las cadenas alimentarias y sustenta la mayor parte de la vida en la Tierra. Entonces, se te perdonaría pensar que la naturaleza ha perfeccionado el arte de convertir la luz del sol en azúcar.
por Jonathan Menary, Sebastian Fuller y Stefan Schillberg
Pero eso no es exactamente cierto. Si tiene dificultades con sus objetivos en la vida, puede que le tranquilice saber que ni siquiera las plantas han alcanzado aún su máximo potencial.
Cada rasgo evolucionado es una compensación entre el beneficio que proporciona y su costo en energía . Las plantas que domesticamos para alimentarnos son tan buenas para convertir la luz solar en azúcar como lo eran para sobrevivir y reproducirse. A partir de una determinada cantidad de luz solar, la mayoría de las plantas convierten menos del 5% de esa energía luminosa en biomasa y, en algunas condiciones, menos del 1%.
Ahora tenemos el conocimiento y las herramientas para maximizar la fotosíntesis en una variedad de cultivos alimentarios, pero los científicos no sólo están estudiando cómo ayudamos a las plantas a mejorar su fotosíntesis por curiosidad. Las condiciones meteorológicas impulsadas por el cambio climático, como las sequías y las inundaciones, están destruyendo cultivos y amenazando el rendimiento de los cultivos en todo el mundo. Esta investigación tiene como objetivo garantizar que podamos cultivar suficientes alimentos para alimentarnos.
Plantas como el trigo a veces producen por error una sustancia tóxica llamada 2-fosfoglicolato que luego debe reciclarse dentro de la planta, lo que le cuesta energía. Los científicos llaman a esto fotorrespiración . Ocurre cuando una enzima crucial para el proceso de fotosíntesis, la rubisco , se adhiere por error a una molécula de oxígeno en lugar de dióxido de carbono.
Rubisco comete este error hasta el 40% de las veces. Esto sucede porque ahora hay mucho más oxígeno en la atmósfera que en el pasado, aportado por los primeros fotosintetizadores, las cianobacterias , organismos microscópicos que se encuentran en el agua. El aumento de las temperaturas también provoca una mayor fotorrespiración.
Si pudiéramos evitar este error, dejaríamos a las plantas más energía para la fotosíntesis.
Capturando la luz del sol
Nuestro proyecto de investigación, PhotoBoost , busca cómo crear una especie de bypass interno que reduzca la fotorrespiración en las plantas de arroz y papa , dos de los cultivos más importantes del mundo.
De la misma manera que un bypass coronario desvía la sangre alrededor de arterias estrechas u obstruidas en los humanos, el bypass fotorrespiratorio proporciona a las plantas las herramientas genéticas que necesitan para minimizar el error de Rubisco. Los genes de las cianobacterias hacen posible esta y otras mejoras fotosintéticas porque albergan una serie de enzimas para gestionar mejor la luz solar.
Otros investigadores están considerando plantas como el maíz, que han desarrollado sus propios medios para lidiar con la fotorrespiración, como fuente de inspiración (y genes) para el arroz .
También estamos mejorando la velocidad a la que las plantas responden a los cambios en la intensidad de la luz, ya que esto también afecta a la fotosíntesis . Las plantas apagan su maquinaria fotosintética si reciben demasiado sol (cuando la luz es más intensa), después de lo cual pueden tardar en reiniciar la fotosíntesis cuando vuelve a hacer más frío, por ejemplo, cuando las nubes se cubren.
Un grupo de investigación de Estados Unidos demostró recientemente que acelerar este proceso de fotoprotección en la soja puede conducir a un aumento del 33% en el rendimiento de las semillas.
En PhotoBoost, hablamos con investigadores, agrónomos y agricultores de todo el mundo para comprender cómo satisfacer las necesidades de la sociedad con esta nueva frontera en la ciencia vegetal. Según Elizabete Carmo-Silva y Ana Moreira Lobo, colegas de la Universidad de Lancaster: “El cambio climático, la disminución de los rendimientos y el estrés hídrico constituyen grandes desafíos para la producción de alimentos en este siglo”.
Su equipo investiga las respuestas de las plantas a la luz y la temperatura, prestando especial atención a la enzima rubisco. Un mayor rendimiento es quizás el beneficio más obvio al mejorar la fotosíntesis, pero también ayudará a que las plantas sean más resistentes a la sequía y al estrés por calor.
Nuevas herramientas
Una nueva herramienta en el arsenal del mejorador de cultivos, la edición de genes , permite a los científicos activar y desactivar genes, probando el efecto que tienen en el rendimiento de las plantas. Una vez que conocemos su función, estos genes pueden suprimirse, promoverse o, como se ha hecho en los cultivos comerciales desde la década de 1990 , introducirse mediante modificación genética.
En la Universidade Nova de Lisboa en Portugal, Nelson Saibo e Isabel Abreu nos dijeron que las herramientas que tienen los fitogenetistas son más “afinadoras” en estos días. Su equipo está utilizando la edición de genes para mejorar la fotosíntesis en el arroz.
Los productores de patatas con los que hablamos recientemente en el este de Inglaterra vieron una mayor eficiencia de la fotosíntesis como una ruta para liberar tierra para la naturaleza (por ejemplo, plantar árboles en sitios forestales antiguos o restaurar turberas en los pantanos), ya que plantas más eficientes significan que se necesita menos de ellos para dar el mismo rendimiento de cultivo. Su principal preocupación era si los principales minoristas del Reino Unido estarían dispuestos a defender los cultivos genéticamente modificados.
Además de Photoboost, la Unión Europea financia otros programas de fotosíntesis a través de los proyectos Gain4crops (girasol) y Capitalize (tomate, maíz y cebada). Mejorar la fotosíntesis no es una solución milagrosa para muchos de los problemas agrícolas que enfrentamos. Pero combinar conocimientos y nuevas herramientas nos ayudará a aprovechar la luz al máximo.
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original .
