En busca de una fotosíntesis óptima

Mejorar la eficiencia del proceso fotosintético es una de las metas propuestas para aumentar el rendimiento agrícola en un planeta cada vez más poblado. Pero el camino está plagado de obstáculos.

Recolección de un campo de soja en Campo Verde, Mato Grosso, Brasil. [GETTY IMAGES/ALFFOTO/ISTOCK]

En síntesis

En un futuro cercano habrá que aumentar notablemente la producción agrícola para alimentar a la humanidad, en un logro similar al de la revolución verde.

Una de las estrategias persigue perfeccionar la fotosíntesis clorofílica, el proceso que convierte la luz solar en biomasa vegetal.

La fotosíntesis se presta a la modificación de formas diversas, todas ensayadas en la última década, pero los resultados cosechados en el campo quedan lejos de los obtenidos en los invernaderos y los laboratorios.

La estrategia se encuentra en sus inicios, pese a proclamas esporádicas. La mejora del motor de la fotosíntesis exigirá una extensa labor de ingeniería genética, con todos los debates pertinentes.

En los bares típicos de la región italiana de Emilia se sigue contando la leyenda del cochecito implacable que humillaba a los deportivos en la autopista del Sol en tiempos de bonanza económica. Los sorprendía por detrás, los perseguía por el carril de adelantamiento y, cuando cedían perplejos, se alejaba rugiendo en una desdeñosa nube de polvo. El mito habla de un motor Ferrari (o Lamborghini, según los bares) instalado en un Fiat 500, que creaba un bólido con una relación desmesurada entre el peso y la potencia, para ser conducido con la esperanza de que el chasis, los frenos y la transmisión resistieran unos esfuerzos para los que no habían sido diseñados. Hoy en día estas transformaciones se denominan tuneado y unen dos categorías de friquis con puntos en común insospechados: mecánicos e investigadores que combinan la ingeniería y la biología molecular. Una de las empresas más arduas emprendidas por estos últimos es el perfeccionamiento de la fotosíntesis clorofílica, con el fin de poner remedio a un importante problema del futuro: abastecer de alimentos a la población mundial, que en 2050 podría alcanzar los diez mil millones de habitantes, un 30 por ciento más que hoy.

Según los cálculos, el rendimiento agrícola debería aumentar entre un 50 y un 85 por ciento para alimentar a toda la humanidad: una hectárea de arrozal, que en 2010 alimentaba a veintisiete personas, debería poder llenar el plato de cuarenta y tres. Es decir, nuestra maquinaria agrícola debería estar propulsada por un motor con una aceleración superior al 2 por ciento anual. Si dirigimos la mirada hacia atrás, la productividad aumentó un 135 por ciento entre 1960 y 2005 gracias a las innovaciones genéticas, tecnológicas y agronómicas que literalmente puso en el campo la revolución verde. Sería una tendencia compatible con las necesidades futuras, pero esa progresión ya no es alcanzable con las mismas marchas escalonadas usadas hasta ahora y hace tiempo que perdió su brío: en los países productores de arroz, uno de los cereales más productivos y base de la alimentación de casi la mitad de la humanidad, el rendimiento por hectárea aumentó un 36 por ciento entre 1970 y 1980, pero solo un 7 por ciento entre 2000 y 2010. En otras fuentes de almidón como el trigo o la patata se observan trayectorias análogas y, si se desea hacer correr nuestra maquinaria agrícola, hay que hallar estrategias diferentes a las seguidas hasta ahora.

Perfectamente defectuosa

En las plantas cultivadas, el equivalente de la velocidad de un automóvil se describe mediante la ecuación de Monteith, cuyo resultado coincide con la biomasa potencialmente obtenible por hectárea. Fue definida en la década de 1970 por un físico británico dedicado al estudio de los efectos del ambiente, la luz y la meteorología en el rendimiento agrícola, y en ella operan tres eficiencias diferentes: la captación de luz útil, la acumulación selectiva y el rendimiento fotosintético o, lo que es lo mismo, la conversión de la luz en biomasa. Estos parámetros tienen referencias precisas. Por ejemplo, la acumulación selectiva implica el descubrir variedades de patata que acumulen el exceso de energía en tubérculos más grandes y con más almidón en lugar de invertir el excedente en tallos y hojas más grandes, que no son comestibles. El producto de las tres eficiencias se multiplica luego por un coeficiente vinculado a la radiación solar disponible en la zona de cultivo. Es una fórmula calibrada para las necesidades humanas, que si bien tiene en cuenta los límites biológicos de cada proceso, ve la planta como una máquina de calorías y no mide su idoneidad para la supervivencia, sino su rendimiento.

En los últimos setenta años y durante la revolución verde hemos maximizado dos de los tres procesos: la captación de la luz y la acumulación focalizada, lo que garantizó una aceleración del 135 por ciento. Esto amplió el acceso a los alimentos, aunque con asimetrías innegables, ya que algunas especies disfrutaron de márgenes más amplios: entre 1960 y 2010, la producción de trigo creció un 170 por ciento, mientras que la de yuca, principal fuente de calorías en el África subsahariana, se detuvo en el 60 por ciento. El problema estriba en que ya hemos explotado esos dos parámetros y los escasos decimales de mejora que podamos añadir no bastarán, si bien en algunas pruebas de campo recientes se han logrado incrementos en la producción del maíz transgénico del 5 al 10 por ciento, gracias al aumento de la superficie foliar. Falta la última eficiencia, la del rendimiento fotosintético, que afortunadamente aún está lejos de sus límites teóricos, estimados en el 9,4 por ciento y el 12,3 por ciento para cada uno de los dos tipos de fotosíntesis posibles, que marcan el porcentaje máximo de energía luminosa transformable en biomasa. Por desgracia, fundamental como es, tal rendimiento no ha variado o lo ha hecho muy poco, pues resulta difícil, caro y de resultados inciertos.

Puedes obtener el artículo en...

¿Tienes acceso a la revista?

Los boletines de Investigación y Ciencia

Elige qué contenidos quieres recibir.