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El guapinol, un aliado contra la contaminación atmosférica

Árboles tropicales pueden constituirse en una opción para limpiar el aire en caso de que aumente el efecto invernadero

INSTITUTO DE BOTÂNICA Cuando la concentración de gas carbónico es un 20% mayor (con una ampliación de 25 veces)INSTITUTO DE BOTÂNICA

La transformación de las selvas tropicales en aspiradoras que retiren de la atmósfera grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2) – el gas responsable en mayor medida por el aumento del efecto invernadero en la Tierra -, es al menos por ahora una idea tan polémica como inalcanzable. Pero si un día eso fuera posible, un grupo de especialistas en fisiología vegetal del Instituto de Botánica de São Paulo cree que el guapinol o curbaril, un árbol muy adaptado a los ecosistemas brasileños y presente prácticamente en todas las latitudes del territorio nacional, puede ser un buen candidato para cumplir con el papel de deshollinador del aire – o al menos mostrar cómo esa tarea podrá ser realizada por otras plantas. Este sueño, un devaneo distante todavía, se basa en los resultados de una serie de experimentos realizados con ejemplares de guapinol (jatobá en portugués), el Hymenaea courbaril, cuyo crecimiento parece acelerarse en ambientes ricos en gas carbónico, el nombre popular del CO2.

En líneas generales, los estudios indican que, cuando los ejemplares de Hymenaea courbaril son cultivados durante tres meses en un sitio con 720 ppm (partes por millón) de CO2 en el aire, el doble que la actual concentración atmosférica, duplican la absorción de gas carbónico y la producción de azúcares (carbohidratos), y aumenta hasta en un 50% su biomasa, sobre todo en el área foliar y en las raíces, puesto que, a esa edad, los plantines aún no producen tallo (madera).

“Los trabajos sugieren que el guapinol puede continuar secuestrando carbono mientras crece en un ambiente con altas cantidades de dióxido de carbono”, dice Marcos Silveira Buckeridge, del Instituto de Botánica, coordinador de un proyecto desarrollado en el ámbito del Biota-FAPESP, un programa de mapeamiento de la biodiversidad paulista. “Nuestra idea no es salir plantando bosques de guapinol por todo el país con la esperanza de disminuir el efecto invernadero. Lo que pretendemos es entender el mecanismo fisiológico de dicha especie, cuyas investigaciones se encuentran en una fase más avanzada, para algún día intentar optimizar la asimilación de carbono del guapinol y otros árboles tropicales con metabolismo similar”.

Si el comportamiento del guapinol adulto en la selva es similar al que presentan los ejemplares cultivados en un ambiente controlado, este árbol podrá engordar considerablemente en caso de que la atmósfera de la Tierra alcance los mentados 720 ppm de CO2 en 2075, tal como sugieren algunas estimaciones. En ese hipotético escenario futurista, decir que el árbol de guapinol aumentará su biomasa – lo que significa que tendrá más y/o mayores hojas y raíces, y fundamentalmente, que producirá más madera – equivale a afirmar que este vegetal va a secuestrar más carbono del aire.

Al fin y al cabo, la celulosa de la madera es una de las mejores formas de almacenar el carbono actualmente existente en el CO2 atmosférico. “No obstante, aún no sabemos de qué modo el árbol de guapinol responde integralmente al aumento de CO2”, comenta Marcos Aidar, otro biólogo del Instituto de Botánica que participa en el proyecto. “No podemos precisar cuánto de ese dióxido de carbono extra que entra en la planta acaba saliendo por su respiración, por ejemplo”.

Junto al agua y la luz, el dióxido de carbono es un compuesto necesario para que las plantas realicen la fotosíntesis (la producción de energía). El CO2 absorbido por un vegetal solamente puede tener dos destinos: una parte permanece retenida en el interior del vegetal, y la otra es devuelta a la atmósfera por la respiración. La fracción que permanece en la planta es utilizada en reacciones químicas que generan la celulosa y otros azúcares. La alteración de la mezcla de la cantidad de CO2 eliminada por las plantas, y especialmente de la parte empleada en la producción de carbohidratos y madera, es uno de los objetivo de la industria del papel, de sectores de la agricultura y de científicos como Buckeridge y Aidar.

En las últimas décadas, la elevación de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera se debió básicamente a los cambios que se produjeron en el uso del suelo (talas y quema de bosques) y al incremento de la actividad industrial, sobre todo en razón de la combustión acelerada de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gases). Las medidas de alcance global para combatir una serie de problemas ambientales, entre los cuales se encuentra la escalada del efecto invernadero, fueron discutidas en la conferencia Río + 10, realizada por la Organización de las Naciones Unidas (ONU) en Sudáfrica entre el final de agosto y el comienzo de septiembre pasados.

Teóricamente, la reducción de las emisiones de CO2 sería la medida más sencilla y eficaz para atenuar el impacto del efecto invernadero, que calentaría en algunos grados el clima de la Tierra y alteraría el régimen de lluvias en ciertos puntos del globo. Pero ése es un objetivo de difícil ejecución, ya que Estados Unidos, que por sí solo arroja un cuarto del dióxido de carbono emitido en la Tierra a la atmósfera, no está dispuesto a asumir tal compromiso, como quedó claro una vez más al final de la reunión de la ONU.

Entre las propuestas alternativas o complementarias a la reducción de la emisión de CO2, el mantenimiento de los bosques tropicales (y la eventual reforestación de nuevas áreas) es frecuentemente señalado como una fórmula capaz de atenuar los cambios climáticos, fundamentalmente debido al potencial de secuestro de carbono exhibido por los árboles. Un potencial que por cierto está aún lejos de ser conocido en profundidad y puede variar mucho en función de diversos factores, tales como la edad y el tipo de árbol analizado.

Normalmente se suele decir que los bosques tropicales tienen una gran capacidad de retirar CO2 del aire. Pero cálculos recientes realizados en el marco del Experimento de Gran Escala de la Biosfera-Atmósfera de la Amazonia (LBA), un megaproyecto internacional liderado por Brasil, apuntan que el potencial de secuestro de carbono de ese ecosistema puede ser más modesto de lo que se imaginaba (lea Pesquisa FAPESP n 72). En ese contexto que encuadran los estudios de los investigadores del Instituto de Botánica sobre el metabolismo del guapinol en ambientes ricos en dióxido de carbono.

El principal experimento de campo con Hymenaea courbaril se llevó a cabo el año pasado en colaboración con Carlos Martinez, por entonces en la Universidad Federal de Viçosa (UFV), Minas Gerais, y actualmente en la Universidad de São Paulo (USP) de Ribeirão Preto. En Viçosa, los plantines fueron cultivados en dos tipos de cámaras especiales: una en la cual la mezcla de gases era igual a la de la actual atmósfera (360 ppm de CO2) y otra cuyo aire era mantenido de manera artificial con una concentración constante de 720 ppm de CO2. Esos dispositivos no reproducen a la perfección el hipotético ambiente de 2075 – por ejemplo: la temperatura y la humedad, parámetros que podrían variar con el aumento del efecto invernadero, no son controladas.

Pero aun así, el uso de las cámaras es universalmente aceptado para este tipo de ensayo comparativo. “Existen métodos más sofisticados y caros, pero la mayoría de los trabajos utiliza esas cámaras”, sostiene Buckeridge. En el transcurso del experimento, se midieron varios parámetros de las plantas criadas en condiciones ambientales, y posteriormente se los confrontó.

Otra metodología utilizada por los investigadores consistió en bombear diferentes concentraciones de dióxido de carbono solamente sobre las hojas de guapinol – y no sobre la planta entera. Con este abordaje más focalizado, concentrado en la parte de la planta que absorbe y emite gases, el equipo de Buckeridge descubrió que las hojas del guapinol solamente alcanzan su punto de saturación en la absorción de CO2 cuando la concentración del gas supera las 1.000 ppm. Se trata de un punto de saturación altísimo, comparado con el de otras plantas tropicales.

La bromelia Alcantarea imperialis, por ejemplo, no consigue elevar su velocidad de asimilación de dióxido de carbono cuando es colocada en un ambiente con 600 ppm. Con el palo brasil (Caesalpinia echinata), sucede lo propio cuando el índice de CO2 llega a 700 ppm. “Si nuestra hipótesis se confirma, el guapinol aún estará respondiendo al cambio de concentración de ese gas muchas décadas después de que otras plantas hayan llegado a su punto máximo de asimilación de carbono”, comenta Aidar.

Además de mostrar que los plantines de guapinol se comportan de manera diferente cuando se los cultiva en diferentes concentraciones de CO2, los trabajos comprobaron alteraciones en la estructura celular de las hojas de las plantas. El equipo del Instituto de Botánica, integrado también por Paula Costa, Solange Viveiros y Sonia Dietrich, verificó que el número de estomas de los guapinoles criados a 720 ppm de CO2 era alrededor de un 15% menor que el medido en los ejemplares mantenidos a 360 ppm. Los estomas, presentes fundamentalmente en la superficie de las hojas, en donde controlan la entrada y salida de los gases en las plantas, en particular la absorción de CO2 y emisión de vapor de agua, son conjuntos de células que cumplen el papel de poros en los vegetales.

¿Qué tiene que ver la variación del número de estomas de un vegetal con el mayor o menor volumen de CO2 existente en la atmósfera? En ambientes extremadamente ricos en dióxido de carbono, la planta se adapta a las condiciones de la atmósfera y reduce su número de estomas para no captar una cantidad excesiva de CO2, cosa que sería improductiva o incluso perjudicial para su organismo. “Los cambios en la densidad estomática forman parte del mecanismo de regulación del metabolismo de la planta”, dice Buckeridge. “Esto ya fue verificado en plantas de clima templado y en la Arabidopsis thaliana (una planta modelo para la biología) expuestas a altas concentraciones de CO2″.

Las alteraciones en el número de estomas de las plantas no constituyen un fenómeno previsto apenas para el futuro, para el caso de que el aumento del efecto invernadero se agrave aún más. A decir verdad, existen fuertes indicios de que esos cambios en la estructura celular de las hojas se producen desde hace dos siglos por lo menos. Trabajos realizados en centros del exterior muestran que, con la Revolución Industrial y la elevación gradual de la emisión de gases tóxicos como el CO2, los vegetales actuales muestran una menor cantidad de estomas que los del pasado.

El equipo de Buckeridge también comprobó ese fenómeno en el guapinol. En el herbario del Instituto de Botánica, seleccionaron hojas de un árbol de 1919, época en la cual la concentración de CO2 rondaba las 300 ppm, un 20% menor que la actual, y observaron que ese ejemplar de la especie tenía una densidad de estomas un 40% mayor que la de los actuales Hymenaea courbaril. “Si se confronta un ejemplar del comienzo del siglo pasado con los guapinoles que cultivamos en Viçosa a 720 ppm, el primero tenía prácticamente el doble de estomas”, compara Aidar.

El lector puede no haber percibido una paradoja que surge de los experimentos realizados con los ejemplares de guapinol en el supuesto ambiente de 2075, rico en CO2. En esas condiciones, la planta exhibe un aumento del 50% de su azúcar y duplica la asimilación de dióxido de carbono. Esos dos últimos datos llevan a creer que, con relación a la situación actual, la fotosíntesis de la planta también se duplicaría, si los niveles de CO2 aumentasen un 100% durante los próximos 75 años. Hasta ese punto todo está correcto. Pero la disminución del número de estomas complica un poco este cuadro.

Al fin y al cabo, esa alteración es una tentativa de ajustar hacia abajo – y no hacia arriba, tal como sugieren los datos anteriores – los niveles corrientes de fotosíntesis de la planta. “Puede ser que, pese a que haya disminuido el número de estomas, la eficiencia de las estructuras celulares que quedaron y se encargan de captar CO2 se haya elevado”, dice Buckeridge. Esa contradicción es un indicio de que el metabolismo del guapinol entabla una especie de lucha interna, intentando ajustar su nivel de fotosíntesis en un ambiente más rico en dióxido de carbono.

Muchos botánicos creen que las plantas tienen un mecanismo interno que les permite sentir su cantidad de carbohidratos (azúcares) y de esta manera ajustan sus niveles de fotosíntesis para evitar la absorción excesiva de dióxido de carbono. De acuerdo con esa teoría, cuando la producción de azúcares llega a un nivel muy elevado, superior a la capacidad de uso del vegetal, un sensor envía una orden para cesar la fotosíntesis y, por consecuencia, disminuir la asimilación de CO2 y la síntesis de celulosa. En la opinión de Buckeridge y Aidar, la determinación de genes que codifican proteínasimportantes para el funcionamiento de este sensornatural de azúcar, como la enzima conocida como rubisco (ribulosa 1,5-difosfato carboxilasa), podrá ser útil para procurar controlar la entrada de dióxido de carbono y la producción de celulosa de los árboles.

Entusiasmados con los resultados obtenidos con los ejemplares de guapinol sometidos a 720 ppm de CO2, los investigadores del Instituto de Botánica resolvieron defender públicamente la idea de investigar el uso de la terapia génica en plantas para tal fin. En un artículo publicado en abril en la revista electrónica Biota Neotropica, solventada por el programa Biota-FAPESP, el dúo propuso algunas rutas bioquímicas que podrían ser alteradas en las plantas con el objetivo de controlar su fotosíntesis, el metabolismo de los carbohidratos (azúcares) y también la síntesis de celulosa. “Sabemos que esta idea es controvertida, pero defendemos abordajes que sean seguros desde el punto de vista ambiental”, explica Aidar. Para ser ecológicamente correctas, dichas intervenciones en el genoma de las plantas no deben ser transferidas a sus descendentes.

De esta manera, la naturaleza no sería afectada por especies transgénicas, que podrían competir y volverse dominantes con relación a aquéllas no alteradas en su ADN. Para los investigadores del Instituto de Botánica, dos tipos de intervención, ambas teóricamente seguras desde el punto de vista ambiental, podrían intentarse en las plantas, con el objetivo de aumentar su eficiencia en la tarea de retirar dióxido de carbono de la atmósfera. Una de las posibilidades sería promover alteraciones genéticas en la región de los cloroplastos de las plantas, debido a que esa parte del genoma no es en la inmensa mayoría de las especies vegetales trasladada hereditariamente a sus descendientes. Otra alternativa sería el desarrollo de remedios o vacunas génicas que pudieran ser administradas temporalmente (solamente durante el tiempo que se juzgue necesario) a las plantas, y tuvieran por objeto actuar sobre su metabolismo, llevándolas a incrementar su producción de fotosíntesis y su asimilación decarbono.

No todo el mundo ha aprobado las ideas de Buckeridge y Aidar. En el número siguiente de la revista Biota Neotropica, Fábio Rubio Scarano y Eduardo Arcoverde de Mattos, dos investigadores de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), publicaron un artículo criticando las propuestas de sus colegas paulistas. “(Las propuestas) pecan por no considerar importantes aspectos ecológicos y sociopolíticos, tales como la imprevisibilidad ecológica, la existencia de un gran potencial de secuestro de carbono en plantas nativas no manipuladas y la relevancia de la soberanía científica y política en lo que se refiere al tema de los cambios globales”, escribieron Scarano y Arcoverde.

Obviamente, los conocimientos en fisiología vegetal y biotecnología aún no se encuentran en un nivel tal que les permita a los científicos llevar a buen puerto en el corto plazo alguno de los abordajes sugeridos por los investigadores del Instituto de Botánica. “Pero el tiempo está transcurriendo y, si las previsiones están correctas, tenemos apenas 50 años para decidir si vamos a usar o no esos métodos de manipulación de plantas”, comenta Buckeridge.

Aun cuando los estudios con el guapinol no dejen el camino expedito para el desarrollo de técnicas capaces de elevar la capacidad de los bosques tropicales para secuestrar dióxido de carbono de la atmósfera, las investigaciones con Hymenaea courbaril habrán servido para otro objetivo, tan o más importante desde el punto de vista de la botánica: ayudar a entender la fisiología de las especies vegetales y servir de parámetro para comprender los posibles reacomodamientos de la flora, que se concretarían en función de los cambios climáticos.

Muchos trabajos internacionales, casi siempre con plantas de clima templado o cultivos agrícolas, muestran que puede haber alteraciones profundas en la biodiversidad de la Tierra como consecuencia del aumento de los índices de CO2 y del efecto invernadero. Un estudio de la Universidad de Florida publicado recientemente en la revista Global Change Biology mostró que el rendimiento de una cosecha de fríjol es un 25% mayor cuando el cultivo se realiza a 720 ppm, por ejemplo. Con la soja plantada en ambientes ricos de CO2, parece suceder algo idéntico.

En el caso de los árboles de clima templado, existen indicios de que, en un ambiente con concentraciones elevadas de CO2, las especies de sombra aumentarán más su biomasa que las variedades acostumbradas a la luz del sol. Los datos sobre el crecimiento del guapinol a 720 ppm de dióxido de carbono refuerzan esta hipótesis por ahora. La variedad de curbaril o guapinol estudiada en el Instituto de Botánica es una especie tropical que se desarrolla a la sombra cuando es joven, protegida de los rayos solares por la copa de árboles mayores.

Buckeridge y Aidar planean ahora realizar experimentos con otras especies tropicales, como el ipé o lapacho (Tabebuia spp), cuaresmeiras (Tibouchina spp), pau-jacaré (Piptadenia gonoacantha) y palo brasil, para observar su comportamiento en ambientes con niveles elevados de CO2. Otra meta consiste en llevar a cabo ensayos más complejos con el guapinol, en los cuales se controlen además de los niveles de gas carbónico, la temperatura y la humedad en las cámaras especiales en las cuales las plantas son cultivadas.

Rusia hace posible un acuerdo internacional

Si la medida del éxito de la Río + 10 –la cumbre mundial de la ONU para el desarrollo sostenible que finalizó el mes pasado en Johannesburgo–, es la adhesión de Estados Unidos a los compromisos establecidos por el Protocolo de Kyoto, la reunión puede considerarse un fracaso a primera vista. En Sudáfrica, la administración George W. Bush no dio garantías de que vaya a reducir las emisiones de dióxido de carbono, el principal responsable del efecto invernadero. Pero lo que pareció una victoria de la intransigencia de los norteamericanos, responsables por un 25% de las emisiones globales de CO2, puede ser una señal del creciente aislamiento de esa postura de dicho país.

Pese a que la cumbre no produjo hechos resonantes, el final de ese megaevento, que reunió a representantes de 190 países, puede haber allanado el camino para que Kyoto comience a salir del papel. El protocolo prevé la disminución de la emisión de CO2 de los países industrializados a los niveles anteriores a 1990 en 2012.

Para entrar en vigencia, el acuerdo debe ser ratificado por como mínimo 55 países (lo que ya se ha concretado) que respondan por lo menos por el 55% de las emisiones globales de CO2 –exigencia difícil de ser cumplida sin la adhesión de Estados Unidos y sus aliados en el campo ambiental. Pero el panorama cambió al final del encuentro, pues Rusia, el segundo mayor emisor de CO2 del planeta, y Canadá, un seguidor del recetario de Washington, dijeron que ratificarán el protocolo en breve. Australia también estudia cumplir las normas de Kyoto. Como los 15 países de la Unión Europea y Japón ratificaron el acuerdo a comienzos de este año, con la entrada de Rusia, y aun sin Estados Unidos, el protocolo puede despegar. Los países pobres y en desarrollo, como Brasil, están eximidos de cumplir la metas.

A propósito: Brasil fue noticia en la Río + 10 al presentar una propuesta que llamó la atención: defendió la idea de que un 10% de la energía utilizada globalmente provenga de fuentes renovables, como la energía hidroeléctrica, en 2010. Pero esa sugerencia fue rechazada por Estados Unidos y los países productores de petróleo, a excepción de Venezuela.

El Proyecto
Conservación y Utilización Sostenible de la Biodiversidad Vegetal del Cerrado (Sabana) y del Bosque Atlántico: los Carbohidratos de Reserva y su Papel en el Establecimiento y el Mantenimiento de las Plantas en su Ambiente Natural (98/05124-8); Modalidad: Proyecto temático; Coordinador: Marcos Silveira Buckeridge – Instituto de Botánica de la Secretaría de Estado de Medio Ambiente; Inversión: 
R$ 309.845 y US$ 378.726

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