“Nunca he tenido tantos estudiantes deseosos de participar en un proyecto”, dice Jane Langdale. “Quieren salvar al mundo”.
Langdale, profesora de desarrollo vegetal en la Universidad de Oxford, es parte de un equipo de científicos de 12 universidades de ocho países que están desarrollando una nueva cepa de arroz hipereficiente y resistente a la sequía llamado C4. Y eso podría tener gran impacto en un mundo donde el clima cambia rápidamente, y 1000 millones de personas viven con hambre.
Más de 3000 millones de humanos dependen del arroz para subsistir. Es uno de los cultivos alimentarios de mayor consumo, y aporta la quinta parte de las calorías que ingieren las personas de todo el mundo. Conforme crece la población, esta demanda aumentará. Según el Instituto Internacional de Investigación del Arroz, cada hectárea de tierra utilizada para cultivar arroz en Asia proporciona alimento a 27 personas. Para 2050, esa misma hectárea tendrá que alimentar a 43 personas.
Mientras tanto, el cambio climático hará más difícil la producción. El aumento de las temperaturas globales traerá consigo patrones climáticos más erráticos, incluyendo sequías más frecuentes e intensas; esto también contribuirá a la escasez de agua, lo que a su vez dificultará la producción de este cultivo vital. “El planeta se prepara para albergar a 9000 millones en 2043”, dice Paul Quick, científico principal del Instituto Internacional de Investigación del Arroz en Filipinas. “Conforme el mundo se calienta, tenemos que pensar en formas nuevas y novedosas de mejorar la agricultura para satisfacer las demandas futuras de alimento”.
Ahora, este grupo de científicos de todo el mundo trabaja para crear una cepa de arroz hipereficiente que resista los efectos del cambio climático y permita una mayor producción en climas más cálidos usando menos agua. Las plantas de arroz convencionales se desarrollan mediante un proceso químico conocido como fotosíntesis C3: toman dióxido de carbono (CO2) del aire, lo descomponen y usan las moléculas de carbono para formar ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA), el cual, según un artículo, “se utiliza posteriormente para construir las moléculas orgánicas de la vida”.
Este proceso mantiene vivas las plantas C3, pero es relativamente ineficiente debido a la manera como funciona una enzima clave, llamada ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa. Conocida también como RuBisCO, esta enzima facilita la reacción de CO2, pero también puede reaccionar con el oxígeno del aire y crear un compuesto tóxico que la planta necesita eliminar. Este proceso desperdicia energía y reduce la eficacia de la planta para producir alimento. Y cuando hace calor, el problema se agrava: a mayor temperatura, RuBisCO confunde más fácilmente O2 con CO2.
En cambio, las plantas C4 naturales, como el maíz, son más eficientes gracias a la estructura celular de sus hojas. En esas plantas, RuBisCO transforma CO2 en energía lejos de la superficie de la hoja, dentro de unas células especializadas llamadas células de la vaina del haz. Esto evita que RuBisCO reaccione con el oxígeno del aire, obligándolo a reaccionar sólo con CO2, lo que permite que el proceso de fotosíntesis se lleve a cabo con la máxima eficiencia. Los estomas (pequeños agujeros en la capa externa de la hoja) de las plantas C4 pueden permanecer más cerrados durante este proceso, y ello significa que no pierden tanta agua por transpiración; cosa superútil en el ambiente más árido que depara el futuro.
Si estos científicos pueden replicar el proceso C4 en el arroz, el resultado sería una planta hipercargada con la capacidad de resistir los efectos del cambio climático. “Es como poner un turbocargador en el auto”, dice Quick. “Estas plantas concentran el CO2 de manera que, en vez de tener 400 partes por millón, tienes 1000 o 1500 partes por millón”.
A resultas de esta mayor eficiencia, las plantas C4 también tienen mayor resistencia en sequías. “Las plantas C4 crecen en regiones más calientes y áridas”, informa Julian Hibberd, profesor de fisiología molecular en la Universidad de Cambridge. “Tienen mejor tolerancia en periodos de baja disponibilidad de agua. Con las mayores fluctuaciones climáticas, necesitaremos un cultivo más resistente. Y C4 podría ser la respuesta”.
CONJETURAS DE
INVERNADERO:
Investigadores están
estudiando el arroz para
identificar los genes que
activan un proceso de
fotosíntesis más eficaz. FOTO: JULIAN ABRAM WAINWRIGHT/BLOOMBERG/GETTY
Los investigadores están tratando de identificar los genes C4 responsables de crear la estructura celular y de activar los procesos fotosintéticos más eficaces de estas plantas. Una vez que los identifiquen, deberán encontrar la manera de insertarlos en el genoma del arroz. Y tienen la expectativa de lograr un avance en poco tiempo; el Instituto de Tecnología de Massachusetts calificó el proyecto C4 como una de las “diez tecnologías más innovadoras de 2015”. De tener éxito, el arroz C4 podría revolucionar un planeta donde el cambio climático constante está poniendo en riesgo el suministro mundial de alimentos. “Un suministro de alimentos estable para las economías emergentes daría un impulso increíble a la economía mundial”, asegura Hibberd. “También podría crear una mayor estabilidad social en todo el mundo”.
Pero hay, al menos, un inconveniente: el cultivo de arroz contribuye enormemente al cambio climático.
El metano es el gas de invernadero más potente debido a su capacidad para atrapar calor dentro de la atmósfera, pues produce 21 veces más calentamiento global que el CO2, y contribuye hasta 20 por ciento al efecto de invernadero. Y el cultivo de arroz genera hasta 17 por ciento de las emisiones globales de metano. En buena medida, esto se debe al suelo caliente y empapado de los sembradíos, que crea las condiciones ideales para el desarrollo de unas bacterias específicas llamadas metanógenos. “Cuando consumen el dióxido de carbono que emiten las raíces, lo metabolizan y producen metano”, explica Christer Jansson, director de ciencias vegetales en el Laboratorio Ambiental de Ciencias Moleculares en Rich-land, Washington. “Ese metano viaja por el suelo y la planta, y llega a la atmósfera”. El resultado es que el cultivo de arroz ocasiona que se liberen en el aire entre 25 millones y 100 millones de toneladas de metano al año.
Jansson es parte de un grupo que encabeza Chuanxin Sun, de la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas, el cual intenta resolver el problema creando una planta de arroz que produzca menos metano. Sun y su equipo trataron de encontrar la manera de canalizar el carbono contenido en la planta del subsuelo (las raíces) hacia fuera (los tallos y las hojas) y, de esa manera, evitar que las bacterias que se encuentran cerca de las raíces produzcan tanto metano.
Para ello, los científicos tomaron un gen de la planta de cebada que regula dónde y cómo se almacena el carbono, y lo insertaron en la planta de arroz. De ese modo crearon una nueva variedad llamada arroz SUSIBA2. Gracias al gen de cebada, la planta SUSIBA2 captura más CO2 en las hojas, tallos y granos, mientras que reduce el carbón asignado a las raíces. “Mediante este proceso —dice Jansson— las bacterias productoras de metano que están cerca de las raíces no tienen qué comer y no pueden producir metano”. Además, la concentración de carbono en los granos también produce granos de arroz más grandes y con mayor contenido de almidón, y la producción aumenta también en casi diez por ciento. Hasta ahora, las pruebas han dado resultados positivos: un estudio publicado el año pasado en la revista Nature reveló que tres años de ensayos de campo en China se asociaron con una reducción significativa en las emisiones de metano.
“Es un avance potencialmente enorme”, afirma Jansson. “Si logramos un arroz capaz de producir más alimento para la población y que, al mismo tiempo, reduzca el metano, sería un logro increíble”. Pese a su entusiasmo, los dos grupos de científicos se muestran cautelosos y reconocen que pasarán de 10 a 15 años antes de que esas cepas estén disponibles comercialmente, aun cuando todas las pruebas resulten como se espera.
Un reto importante para ambos estudios es el creciente escepticismo mundial frente a los alimentos genéticamente modificados. “Si resulta algo viable que pueda comercializarse, la preocupación se centrará en las consecuencias incidentales”, dice Megan Westgate, directora ejecutiva de Non-GMO Project, organización no lucrativa estadounidense. “Está justificado que los consumidores quieran saber cuál será el impacto para el ambiente y la salud humana”.
Los científicos están muy conscientes de esta inquietud. Sun dice que “hasta ahora no hemos visto un impacto negativo para el ambiente”. No obstante, reconoce que “si desviamos el carbono del subsuelo al grano, podría afectarse el ecosistema del suelo, así que debemos hacer más experimentos para entender esos efectos”. Del mismo modo, Jansson señala que “tenemos que investigar más para entender los beneficios totales de este producto, ver los pros y contras. Si hay efectos negativos para el consumo humano o el ambiente, debemos identificarlos y mitigarlos”.
Para los científicos del proyectoC4, los argumentos en contra de los cultivos GMO pierden fuerza ante el hecho de que las plantas C4 ocurren naturalmente y, en ese sentido, ellos sólo están reproduciendo lo que la naturaleza ya ha logrado. “La evolución misma lo ha hecho 60 veces”, insiste Langdale. “Hace 20 millones o 30 millones de años, las plantas evolucionaron sus propios mecanismos C4”.
Pero otra consideración importante para Westgate y otros del movimiento anti-GMO es lo que ocurre cuando los actores corporativos se involucran. Su ejemplo es Monsanto, compañía estadounidense de biotecnología implicada en numerosas demandas legales por los efectos de salud y ambientales de sus productos. “El mayor problema de la participación corporativa estriba, específicamente, en las patentes y sus repercusiones en la soberanía alimentaria”, agrega Westgate. “Cuando las corporaciones tienen el control de la secuenciación genética de nuestros alimentos principales, la situación se vuelve muy problemática”.
De hecho, Quick, del Instituto Internacional de Investigación del Arroz, reconoce que si el arroz C4 se vuelve comercialmente viable, “sólo las grandes agroempresas tendrían la capacidad para distribuirlo adecuadamente”. Con todo, insiste en que él y su equipo negociarían para que los países en desarrollo quedaran exentos de las leyes de propiedad intelectual que rigen este tipo de patentes genéticas.
En última instancia, la mayoría de los científicos considera que los beneficios potenciales del proyecto del arroz C4 superan con mucho las consecuencias negativas potenciales. “Hacemos esto como un proyecto humanitario para detener el hambre mundial”, dice Langdale. “Al final del día, si alguien tiene hambre, ¿preferiría comer arroz genéticamente modificado o nada en absoluto?”.
