Alimentar a la creciente población mundial, en especial en los países con menos recursos, es uno de los grandes retos de este siglo. ¿Cómo lograr que las cosechas sean más fértiles y productivas? Un grupo de investigadores de la Universidad de Harvard ha presentado en la reunión Anual de la Sociedad Americana de Química, que se celebra estos días en San Francisco (California), un ingenio que puede hacer que los rábanos, por ejemplo, crezcan hasta un 150% más grandes. Lo llaman la «hoja biónica» y utiliza bacterias, luz solar, agua y aire para hacer abono en el mismo suelo donde se cultivan las cosechas. Dicen que puede ayudar a impulsar la próxima «revolución agrícola».
Los investigadores explican que cuando se tiene un gran proceso centralizado y una infraestructura masiva, es fácil llevar fertilizantes al campo, pero esto no ocurre en los países más pobres, donde no hay recursos. Por eso, creen que es importante lograr un fertilizante en el mismo lugar, sean como sean sus condiciones, aunque se trate de un pequeño pueblo de India sin agua potable.
La primera «revolución verde» en la década de 1960 supuso un auge de la agricultura debido al uso extensivo de fertilizantes en nuevas variedades de arroz y trigo, lo que duplicó la producción agrícola. Aunque la transformación produjo «algunos daños ambientales graves», recuerdan, pudo salvar millones de vidas, especialmente en Asia, según la Organización de Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).
Pero la población mundial sigue creciendo y se espera que llegue a 2.000 millones de personas en 2050. Gran parte de este crecimiento se produce en algunos de los países más pobres, según la ONU. El suministro de alimentos para todo el mundo requerirá un enfoque múltiple, pero los expertos coinciden en que una de las tácticas tendrá que involucrar el impulso del rendimiento de los cultivos para evitar que aún más terrenos sean modificados para dedicarlos a la agricultura.
Rábanos más grandes
Los científicos se inspiraron en la hoja artificial para encontrar su solución. Se trata de un dispositivo que, cuando se expone a la luz solar, imita una hoja natural mediante la división del agua en hidrógeno y oxígeno. Esto llevó al desarrollo de una hoja biónica que junta el catalizador que divide el agua con la bacteria Ralstonia eutropha, que consume hidrógeno y extrae el dióxido de carbono del aire para hacer combustible líquido. El pasado junio, el equipo informó de que cambió el catalizador de níquel-molibdeno-zinc del dispositivo, que era venenoso para los microbios, por una aleación de cobalto y fósforo buena para las bacterias. El nuevo sistema proporcionó biomasa y combustible líquido que en gran medida superaron a los de la fotosíntesis natural.
«Los combustibles fueron sólo el primer paso», dice Daniel Nocera, responsable del estudio. «Llegar a ese punto mostró que se puede tener una plataforma de síntesis química renovable. Ahora tenemos otro tipo de bacteria que toma el nitrógeno de la atmósfera para hacer abono».
Para esta aplicación, el equipo de Nocera ha diseñado un sistema en el que la bacteria Xanthobacter fija el hidrógeno a partir de la hoja artificial y el dióxido de carbono de la atmósfera para hacer un bioplástico que las bacterias almacenan dentro de sí mismas como combustible.
«A continuación, puedo poner la bacteria en el suelo debido a que ya ha utilizado la luz solar para producir el bioplástico», dice Nocera. «Entonces la bacteria toma el nitrógeno del aire y utiliza el bioplástico, que es básicamente hidrógeno almacenado, para conducir el ciclo de fijación para hacer amoniaco para la fertilización de cultivos».
El laboratorio de Nocera ha analizado la cantidad de amoníaco que el sistema produce. Pero la prueba real, dicen, está en los rábanos. Los investigadores han utilizado su enfoque para hacer crecer cinco ciclos de cultivo. Los vegetales que recibieron el fertilizante derivado de la hoja biónica pesan un 150% más que los cultivos de control. El siguiente paso, dice Nocera, es aumentar el rendimiento para que un día, los agricultores de la India o el África subsahariana puedan producir su propio fertilizante.
Los investigadores explican que cuando se tiene un gran proceso centralizado y una infraestructura masiva, es fácil llevar fertilizantes al campo, pero esto no ocurre en los países más pobres, donde no hay recursos. Por eso, creen que es importante lograr un fertilizante en el mismo lugar, sean como sean sus condiciones, aunque se trate de un pequeño pueblo de India sin agua potable.
La primera «revolución verde» en la década de 1960 supuso un auge de la agricultura debido al uso extensivo de fertilizantes en nuevas variedades de arroz y trigo, lo que duplicó la producción agrícola. Aunque la transformación produjo «algunos daños ambientales graves», recuerdan, pudo salvar millones de vidas, especialmente en Asia, según la Organización de Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).
Pero la población mundial sigue creciendo y se espera que llegue a 2.000 millones de personas en 2050. Gran parte de este crecimiento se produce en algunos de los países más pobres, según la ONU. El suministro de alimentos para todo el mundo requerirá un enfoque múltiple, pero los expertos coinciden en que una de las tácticas tendrá que involucrar el impulso del rendimiento de los cultivos para evitar que aún más terrenos sean modificados para dedicarlos a la agricultura.
Rábanos más grandes
Los científicos se inspiraron en la hoja artificial para encontrar su solución. Se trata de un dispositivo que, cuando se expone a la luz solar, imita una hoja natural mediante la división del agua en hidrógeno y oxígeno. Esto llevó al desarrollo de una hoja biónica que junta el catalizador que divide el agua con la bacteria Ralstonia eutropha, que consume hidrógeno y extrae el dióxido de carbono del aire para hacer combustible líquido. El pasado junio, el equipo informó de que cambió el catalizador de níquel-molibdeno-zinc del dispositivo, que era venenoso para los microbios, por una aleación de cobalto y fósforo buena para las bacterias. El nuevo sistema proporcionó biomasa y combustible líquido que en gran medida superaron a los de la fotosíntesis natural.
«Los combustibles fueron sólo el primer paso», dice Daniel Nocera, responsable del estudio. «Llegar a ese punto mostró que se puede tener una plataforma de síntesis química renovable. Ahora tenemos otro tipo de bacteria que toma el nitrógeno de la atmósfera para hacer abono».
Para esta aplicación, el equipo de Nocera ha diseñado un sistema en el que la bacteria Xanthobacter fija el hidrógeno a partir de la hoja artificial y el dióxido de carbono de la atmósfera para hacer un bioplástico que las bacterias almacenan dentro de sí mismas como combustible.
«A continuación, puedo poner la bacteria en el suelo debido a que ya ha utilizado la luz solar para producir el bioplástico», dice Nocera. «Entonces la bacteria toma el nitrógeno del aire y utiliza el bioplástico, que es básicamente hidrógeno almacenado, para conducir el ciclo de fijación para hacer amoniaco para la fertilización de cultivos».
El laboratorio de Nocera ha analizado la cantidad de amoníaco que el sistema produce. Pero la prueba real, dicen, está en los rábanos. Los investigadores han utilizado su enfoque para hacer crecer cinco ciclos de cultivo. Los vegetales que recibieron el fertilizante derivado de la hoja biónica pesan un 150% más que los cultivos de control. El siguiente paso, dice Nocera, es aumentar el rendimiento para que un día, los agricultores de la India o el África subsahariana puedan producir su propio fertilizante.
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