Científicos piensan en volver a cultivos olvidados para afrontar el cambio climático
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Los científicos señalan que cuando comes una mazorca de maíz fresco, estás ingiriendo algo profundamente antinatural. Una mazorca moderna es una hortaliza de gran tamaño, sabrosa y repleta de 18 hileras de granos bien formados. Su ancestro silvestre, tenía un aspecto esmirriado y poco atractivo. Tenía sólo de seis a ocho hileras de granos, y parecía más bien una maleza. La sabrosa versión que hoy es preparada, entre otras formas, a la parrilla, es el resultado de miles de años de crianza y selección. Lo mismo ocurre con casi todos los cultivos modernos. Han sido modificados genéticamente una y otra vez para alimentar a una población urbanizada en constante crecimiento y que por su expansión ha causado cambios en el medio ambiente que se afrontan, en el caso de los cultivos, con químicos sintéticos y manipulación genética.
Perdimos la oportunidad de detener el cambio climático, pero Lippman cree que aún podemos ganar la carrera para rehacer la agricultura y salvaguardar el suministro de alimentos para la humanidad.
En la actualidad necesitamos reconstruir, una vez más, nuestros cultivos, según un artículo de Cold Spring Harbor Laboratory. El equipo que trabaja allí entiende que las viejas estrategias para mejorar el tamaño y el rendimiento ya no son suficientes. Un par de siglos de emisiones humanas de gases de efecto invernadero han complicado el panorama, e iremos en busca de una etapa que tal vez repita lo sucedido, en un período más corto, porque el alimento no alcanza para todos… pese a que se desechan miles de toneladas cada día…
CSHL recuerda la probabilidad de que el mundo que habitamos se caliente al menos 2 grados Celsius, en promedio, hacia mediados de siglo. Dado que las tormentas, lluvias y sequías extremas ya ocurren con mayor frecuencia, las condiciones de crecimiento están cambiando más rápido de lo que los agricultores y sus cultivos pueden adaptarse.
Zachary Lippman, profesor de genética en el Laboratorio Cold Spring Harbor (CSHL), y un viejo conocido nuestro compara la situación con una carrera armamentista: sólo que esta vez competimos contra nosotros mismos. ¿Quiénes serán los vencedores? ¿Habrá, realmente, alguno?
La carrera armamentista del cambio climático #
El artículo nos recuerda que “empresas agrícolas como Cargill y Archer Daniels Midland son conscientes de la batalla y, en su mayoría, apuestan a que el mejoramiento de los cultivos utilizando las últimas técnicas de ingeniería genética salvará la situación. Lippman duda que eso sea suficiente”. “Ganar la carrera armamentista contra el cambio climático será un gran desafío”, afirmó. Continuar perfeccionando las características de los cultivos existentes, haciéndolos aún más especializados, sólo podría hacer que los desafíos sean mayores. La agricultura moderna necesita abordar una de sus debilidades fundamentales: una dependencia extrema de sólo un puñado de cultivos genéticamente no diversos, en particular maíz, trigo, arroz y soja.
Resolver la crisis alimentaria y climática requerirá volver a lo básico para hacer que más cultivos sean más diversos genéticamente. “Necesitamos pensar en cómo funcionaba la domesticación en general, hace miles de años”, señaló Lippman, que parece estar en desacuerdo con los enormes productores de cultivos; un par fueron mencionados en el párrafo previo. En la antigüedad, los primeros cultivos fueron sacados de su área geográfica original y cultivados en nuevos lugares porque los agricultores seleccionaron mutaciones que permitieron que se produjeran adaptaciones. Los desafíos actuales son agregar cultivos ignorados al suministro de alimentos principal y ampliar el acervo genético agrícola. Estos ajustes brindarán a los agricultores opciones para plantar cultivos adecuados a las condiciones extremas de crecimiento que probablemente encontrarán en las próximas décadas.
“No hemos hecho un buen trabajo a la hora de maximizar la diversidad”, admitió Lippman. “Y la diversidad es lo que se necesita para ganar la batalla del cambio climático”.
Adoptando cultivos huérfanos #
El artículo señala que en la actualidad ya existen alternativas agrícolas con cultivos huérfanos1, que define como aquellos que se cultivan a pequeña escala en algunas partes del mundo. Algunos de ellos ya son aptos para condiciones relativamente cálidas o secas. Sin embargo, como no han pasado por el mismo cultivo extensivo que el maíz, la soja y el trigo, estos poco conocidos tienen más potencial sin explotar.
El análisis indica que el primer obstáculo para adoptar cultivos huérfanos es identificar y centrarse en los más prometedores. La quinua3 es un buen ejemplo. Se consumió durante miles de años en la región andina del norte de América del Sur, pero era poco conocida más allá. En la década de 1980, comenzó a atraer la atención como un grano tradicional saludable, beneficiándose de una extensa investigación y comercialización. Ahora se está convirtiendo en algo común; la producción mundial se triplicó con creces, a 230.000 toneladas métricas, entre 2009 y 2019.
Pensar que la Quinua, el Amaranto, entre otros de los llamados cultivos huérfanos, son considerados, y combatidos con agroquímicos, en Argentina, el país en que vivo, como malezas, porque estropean el cultivo a gran escala de trigo, maíz, soja…
Muchos otros cultivos huérfanos podrían volverse cada vez más importantes a medida que el cambio climático desestabilice el sistema agrícola existente. El grupo de investigación de Lippman en CSHL está investigando la familia Solanaceae, un grupo diverso que incluye tomates, patatas o papas, berenjenas y pimientos. En esta familia existen al menos 25 cultivos huérfanos. Lippman está particularmente interesado en la berenjena africana4 domesticada y en un pariente silvestre no cultivado, Solanum anguivi. Sólo las comunidades locales comen estas especies porque no ha habido mucho interés en convertirlas en cultivos alimentarios convencionales. “Hay docenas de plantas Solanaceae que tienen un potencial agrícola más amplio de lo que creemos actualmente”, admitió Lippman.
Flower Power #
En colaboración con el biólogo vegetal Yuval Eshed5 del Weizmann Institute of Science de Israel, Lippman ha estudiado genes de domesticación en plantas de tomate. Al alterar los mismos genes en diferentes linajes de plantas, ambos, y otros investigadores, aseguran que han descubierto que la domesticación produce efectos beneficiosos.
El conjunto de genes asociados con la domesticación de muchos cultivos dirige la producción de dos hormonas clave, florigen6 y antiflorigen.
Estas hormonas controlan el momento de la floración y la cantidad de flores que se forman en cada planta, así como el crecimiento y la ramificación de los tallos de las plantas. Descubrimientos recientes sugieren que
centrarse en este puñado de genes podría acelerar la mejora de cultivos huérfanos, o incluso permitir la domesticación de plantas silvestres que tienen potencial de cultivo.
Eshed y Lippman están entusiasmados con las leguminosas huérfanas, como el garbanzo resistente a la sequía, que tiene un gran potencial para un cultivo más amplio. El
teff, un cereal resistente y rico en proteínas que se cultiva en África, es otro cultivo huérfano cuya producción podría ampliarse enormemente.
Lippman sugiere pensar *como si la sociedad estuviera empezando de nuevo la agricultura moderna desde cero. “Podemos centrar nuestra atención en los genes y familias de genes que a lo largo de la historia han demostrado ser los más importantes para impulsar los cambios de rasgos que nos dan el tipo de agricultura que tenemos hoy”, explicó. “Por supuesto, hay muchos más cambios en otros genes que también fueron importantes y que también deben considerarse, pero ciertas familias de genes se destacan”.
A través de la historia, los agricultores ya estaban modificando los genes reguladores del florigen, sin ser conscientes de lo que estaba sucediendo a nivel molecular. En los últimos años, los obtentores -sí, en castellano nos atrapan los plurales- se han utilizado repetidamente en cultivos como Tomates, Soja, Patatas, Judías, Fresas, Cebada, Remolacha azucarera, Arroz y Trigo. El control de la floración es fundamental porque las flores se convierten en frutos y el momento determina la duración de la temporada de crecimiento y la cosecha. El biólogo Akiva Shalit-Kaneh del Instituto Tecnológico Technion-Israel, en colaboración con Eshed y otros, descubrió que florigen y antiflorigen también influyen en los patrones de crecimiento del tallo. Los tubos en los tallos que bombean agua y nutrientes por toda la planta crecen y maduran en paralelo con el proceso de floración. Este crecimiento corregulado por florigen y antiflorigen muestra que sus genes asociados pueden mejorar los cultivos de otras maneras.
¿Pueden los cultivos mantenerse al día con el cambio climático? #
En lugar de esperar a que surjan mutaciones beneficiosas espontáneas, la idea es acelerar las cosas mediante el uso de CRISPR en la edición de genes. CRISPR puede crear variaciones en las ubicaciones del genoma que codifican florigen y anti-florigen para esencialmente inducir diversidad según la demanda. Una mayor diversidad genética en estas regiones específicas del genoma permitiría una gama más amplia de adaptaciones a un clima cambiante. Los fitomejoradores pueden utilizar esta paleta genética ampliada, en combinación con variaciones genéticas ya existentes, para seleccionar variedades de plantas que mejor se adapten a condiciones de crecimiento particulares, como aumento de la temperatura, sequías más frecuentes o alta salinidad.
No quiero ser malicioso, pero tal vez ¿los investigadores también deberán ingresar a la adaptación evolutiva para sobrevivir?
Un grupo dirigido por Lippman y el becario postdoctoral Choon-Tak Kwon ha hecho exactamente eso con las plantas de tomate. Trabajando con colegas en Corea, Israel y otros lugares de Estados Unidos, los investigadores editaron genéticamente tomates para que florezcan más rápidamente y crezcan con tallos más cortos. Estas plantas compactas son adecuadas para la agricultura urbana, otra respuesta prometedora a los límites de la agricultura actual. Producir y distribuir alimentos dentro de áreas densamente pobladas evita los altos costos de energía y transporte de la agricultura industrial. También puede aumentar la seguridad alimentaria en comunidades que no tienen fácil acceso a productos frescos. En otro estudio, el grupo de Lippman diseñó 30 variantes genéticas en un tomate para modular el tamaño y el peso de la fruta.
“La herramienta de edición de genes es un medio para que podamos caminar al lado de lo que la naturaleza ya nos ha dado y ayudarlo”, dijo Zach Lippman
En principio, estas mismas técnicas de ajuste genético ahora se pueden aplicar a otros miembros de la familia Solanaceae, transformando plantas menos familiares en nuevos cultivos útiles. Aunque el enfoque CRISPR es de vanguardia, los mecanismos genéticos que activa son los mismos que los agricultores han estado manipulando durante miles de años. Estos son los mismos mecanismos que las propias plantas han desarrollado a lo largo de decenas de millones de años de selección natural. “Necesitamos inclinarnos ante el respeto y asentir a la naturaleza, y a cómo los criadores trabajan con lo que la naturaleza proporciona”, dijo Lippman. “La herramienta de edición de genes es un medio para que caminemos al lado de lo que la naturaleza ya nos ha dado y la ayudemos”.
¿Cómo pueden generalizarse cultivos desconocidos? #
Los investigadores están convencidos de que identificar y mejorar cultivos huérfanos es solo una parte del esfuerzo para cambiar la agricultura global. **La agroindustria es una industria de un billón de dólares sólo en Estados Unidos. Las granjas corporativas tienen pocos incentivos para realizar modificaciones que requieren mucha mano de obra en nuevas variedades, ya que sus ganancias dependen casi por completo de unos pocos cultivos. Los campos estadounidenses son hoy menos diversos que nunca, ya que las empresas se centran en el cultivo de maíz y soja. Según el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, esos dos cultivos por sí solos representan unas 281.250.000 hectáreas (180 millones de acres de plantación en este país). Apartarse de los cultivos convencionales para desarrollar nuevas variedades desconocidas “no es algo que las empresas privadas hagan si no hay incentivos financieros”, expresó Lippman.
Aubrey Streit Krug7, directora de estudios de la Ecosfera del Land Institute de Kansas, ve una conexión entre la adaptación al clima, la economía y la cultura. Y que el cambio real tendrá que involucrar todos esos factores. “Agronómicamente, tenemos que saber cómo cultivar estas plantas, cómo cultivarlas bien para obtener un alto rendimiento, cómo nos relacionamos con ellas y cómo las gestionamos”, afirmó. Los agricultores tendrán que aprender a cultivar y gestionar los nuevos cultivos, y los consumidores tendrán que querer comerlos. Afortunadamente, señala el artículo de CSHL, los estantes de productos agrícolas en el supermercado hoy en día se ven bastante diferentes a los de unas décadas atrás, con quinua y col rizada junto al arroz blanco y la lechuga iceberg. Esto indica que tales transformaciones culturales son posibles.
El colega de Krug, Lee DeHaan, científico principal del programa de domesticación del Pasto de Trigo (wheatgrass Kernza) en el Land Institute, amplió este punto. “La tecnología de edición del genoma por sí sola no hará nada. Tiene que vivir en el contexto de todo lo demás: el fitomejoramiento tradicional y todo el resto del trabajo que hay que hacer para desarrollar nuevos cultivos, incluida la ciencia de los alimentos, la agronomía y los cambios sociales”, advirtió. No hay razón para que los agricultores de todas las escalas, desde pequeñas parcelas hasta gigantescos agronegocios, no puedan adoptar esos cambios, siempre y cuando tengan un incentivo para hacerlo.
En opinión de Lippman, el cambio climático puede exponer claramente los costos de no cambiar, incentivando así a los agronegocios a cambiar. Versiones mejoradas y especializadas de la actual agricultura de monocultivo a gran escala podrían dejar a las granjas cada vez más vulnerables a una catástrofe económica. Es imposible predecir cómo cambiará el clima localmente y también es difícil predecir de manera confiable cómo responderán las plantas modificadas genéticamente a condiciones de crecimiento imprevistas. Sin embargo, si Lippman y los otros evangelistas de la diversidad de cultivos tienen éxito, los agricultores ya habrán cambiado de dirección como seguro contra tales eventualidades. Lo ideal sería que abarcaran tanto cultivos huérfanos como versiones más robustas y menos especializadas de los productos básicos actuales.
La próxima revolución agrícola #
En un artículo reciente de Science, Lippman y Eshed examinan las diferentes ideas que se proponen para alimentar a la humanidad en un planeta más cálido y poblado. “Las dos estrategias principales son la mejora y mayor adaptación de los principales cultivos que ya se benefician de la infraestructura a gran escala desarrollada a su alrededor, y la diversificación de la agricultura mediante el desarrollo de nuevos cultivos que se adapten mejor a los cambios climáticos y aborden las necesidades nutricionales”, escribieron los investigadores. **Las modificaciones del genoma que se centran en el sistema florigen (el mismo sistema genético que condujo a muchas de las mejoras de los cultivos en la historia de la agricultura) “pueden generar el mayor rendimiento para la mejora de los cultivos”, concluyeron.
Por mucho que el maíz dulce de hoy sea una mejora con respecto a su ancestro, los estantes de los supermercados del mañana podrían representar un gran avance más allá de lo que existe en la actualidad. Es probable que la carne, uno de los principales contribuyentes al cambio climático, sea menos común. Es probable que los alimentos elaborados con cereales y legumbres ricos en proteínas lo sean mucho más. Los granos o semillas que ahora parecen exóticos, como el teff y la berenjena africana, pueden volverse completamente mundanos. Pero el cambio más significativo -estiman quienes comparten el campo de trabajo de Lippman y Eshed será en su mayor parte invisible: los cultivos futuros estarán mejor preparados para un mundo cambiante.
Utilizando CRISPR y herramientas de edición de genes asociadas, junto con variaciones genéticas naturales aún sin explotar, quienes cultivan revertirán el patrón de décadas de maíz, arroz, trigo y soja cada vez más especializados y vulnerables. Las cepas que las reemplacen serán visualmente similares, pero tendrán la adaptabilidad perdida hace mucho tiempo de sus ancestros lejanos. Los antiguos cultivos huérfanos compartirán un secreto oculto similar. Ellos también serán los beneficiarios de la edición CRISPR, que en este caso se utilizará para crear variantes más grandes, más sabrosas y más nutritivas en tan sólo un par de generaciones, en lugar de las docenas o cientos que requiere el mejoramiento tradicional. Perdimos la oportunidad de detener el cambio climático, pero Lippman cree que aún podemos ganar la carrera para rehacer la agricultura y salvaguardar el suministro de alimentos para la humanidad, concluyó Viviane Callier, Science Writer de CSHL, en su artículo.
Importante #
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Cultivo huérfano (Orphan Crop, en inglés) es un término utilizado para describir cultivos que son importantes para la seguridad alimentaria en determinadas regiones pero que no se cultivan, estudian ni respaldan ampliamente mediante investigación y desarrollo agrícola en comparación con cultivos como el arroz, el trigo o el maíz. Los cultivos huérfanos suelen tener un gran significado cultural y están adaptados a condiciones agroecológicas específicas. Los ejemplos incluyen varios cereales, legumbres, frutas y verduras como el género Physalis, que incluye cerezas y tomatillos. ↩︎
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La planta conocida como Aguaymanto, Uvilla, Uchuva, o bien, Ushun (Physalis peruviana L., también conocida por el término inglés golden berry) es una planta herbácea perteneciente a la familia Solanaceae, por lo tanto posee características similares a las plantas de papa, tomate y tabaco, a pesar de su crecimiento arbustivo. Wikipedia ↩︎
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Chenopodium quinoa, también conocida como quinua, quínoa (ambas del quechua kinwa) o quinoa (también del quechua kinuwa), es una hierba perteneciente a la subfamilia Chenopodioideae de las amarantáceas. Técnicamente se trata de una semilla, pero se conoce y se clasifica como un grano integral. Es nativa del altiplano de los Andes que comparten Argentina, Bolivia, Chile y Perú. Wikipedia ↩︎
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Solanum macrocarpon también conocida como berenjena africana es una planta de la familia Solanaceae. S. macrocarpon es una planta tropical perenne estrechamente relacionada con la berenjena. S. macrocarpon se originó en África occidental, pero ahora está ampliamente distribuida en África central y oriental. La planta también crece en el Caribe, América del Sur y algunas partes del sudeste asiático. S. macrocarpon se cultiva ampliamente por su uso como alimento, con fines medicinales y como planta ornamental. ↩︎
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Yuval Eshed es un destacado investigador del Instituto Weizmann de Ciencias y ocupa el cargo de Jefe del Departamento de Ciencias Vegetales y Ambientales. Su trabajo se centra en comprender los complejos mecanismos que rigen el crecimiento y desarrollo de las plantas, en particular la regulación del tamaño de las hojas. Aspectos destacados de su investigación: Identificación de factores clave que inhiben el crecimiento de las hojas, en lugar de promoverlo, lo que arroja luz sobre el intrincado equilibrio de los procesos que controlan la morfología de las plantas. Investigó el papel de los microARN en el desarrollo y las enfermedades de las plantas, descubriendo potencialmente eslabones perdidos en la comprensión de enfermedades desconcertantes. Eshed es una figura respetada en su campo, con una fuerte presencia en línea en ResearchGate, donde se conecta con otros investigadores y comparte su trabajo. Su laboratorio en el Instituto Weizmann de Ciencias participa activamente en el avance de nuestra comprensión de la biología vegetal y sus aplicaciones. ↩︎
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Florigen son las supuestas moléculas similares a hormonas, responsables de controlar y/o desencadenar la floración en las plantas. Florigen se produce en las hojas y actúa en el meristemo apical del brote de las yemas y en las puntas de crecimiento. Se sabe que es transmisible por injerto e incluso funciona entre especies. Sin embargo, a pesar de haber sido investigadas desde 1930, sigue siendo un misterio la naturaleza exacta del florigen, y su contraparte inhibidora, antiflorigen, que algunos traducen al castellano como florígeno o florógeno, y antiflorígeno y antiflorógeno. ¿Serán acertadas estas últimas acepciones? ↩︎
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Aubrey Streit Krug es escritora, profesora e investigadora enfocada en las relaciones entre humanos y plantas, con énfasis en agroecología y agricultura sostenible. Se desempeña como Directora de Estudios de la Ecosfera en The Land Institute en Salina, Kansas. Streit Aubrey creció en un pequeño pueblo de Kansas, donde sus padres cultivan trigo y crían ganado. ↩︎