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Ambiente

Sol en las plantas y en el tanque

Workshop del Bioen reúne a expertos que pretenden usar la fotosíntesis como fuente de energía

Bioenmiguel boyayanCon el aumento de gas carbónico (CO2) en el aire, producto de los cambios climáticos globales, la caña de azúcar se vuelve más eficiente al transformar la energía solar en biomasa. Estos son los resultados que presentó el biólogo Marcos Buckeridge, de la Universidad de São Paulo (USP), en el marco del workshop Bioen/ PPP Ethanol on Sugarcane Photosynthesis. Dicho encuentro se llevó a cabo en la FAPESP el día 18 de febrero, como parte del Programa FAPESP de Investigación en Bioenergía (Bioen), que fomenta la investigación científica tendiente a encontrar maneras más eficientes de producir energía a partir de procesos biológicos, y reunió a investigadores brasileños y suecos para discutir la búsqueda de fuentes limpias de energía y procurar caminos para establecer convenios científicos. Además de usar la caña de azúcar como reactor biológico, los suecos de la Universidad de Uppsala investigan formas de reproducir las reacciones de la fotosíntesis sin ayuda de plantas, como comentó el bioquímico Stenbjörn Styring.

La iniciativa de organizar el workshop surgió del ingeniero agrícola Luis Augusto Cortez, de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). Según éste, la producción de caña de azúcar representa el 70% del costo total de la de etanol, de allí el imperativo de incrementar la productividad. Entre 2005 y 2025 será posible prácticamente duplicar la productividad únicamente con mejoras tecnológicas en el cultivo y en las plantas, dijo. Irónicamente, los cambios climáticos globales pueden contribuir en esta búsqueda, de acuerdo con lo que muestra el trabajo de Buckeridge y su doctoranda Amanda Pereira de Souza. Queríamos encontrar maneras de combatir el aumento de CO2 en la atmósfera y descubrimos que la caña saca provecho de ello, dice.

Buckeridge y Amanda arribaron a estas conclusiones cultivando caña de azúcar dentro de cámaras transparentes en las que pueden manipular la concentración de gas carbónico y comparar de qué manera crecen las plantas en ambiente normal y en presencia de aire con el doble de CO2. Los resultados, publicados en la revista Plant, Cell and Environment, muestran que las plantas que crecieron durante 50 semanas en un ambiente rico en gas carbónico realizaron en promedio un 30% más de fotosíntesis, fueron un 17% más  altas, usaron agua de manera más eficiente y contaron con un 40% más de biomasa total, lo que incluye tallos, raíces y hojas. Este aumento es valioso para la producción del etanol celulósico, obtenido de la pared celular de los vegetales, una de las apuestas para aprovechar mejor la caña de azúcar como combustible.

Para entender las transformaciones que habían llevado a la caña a producir más, los dos biólogos establecieron una colaboración con Glaucia Souza, del Instituto de Química de la USP. Juntos, examinaron la actividad genética de las plantas cultivadas en ambas condiciones y hallaron diferencias en la expresión de 36 genes: 14 estaban reprimidos y otros 22 activos en la plantas que recibieron más CO2. Cuatro de esos genes tienen relación conocida con la fotosíntesis, la mayor parte de ellos con el transporte de electrones, una parte importante de las reacciones químicas de este proceso biológico que se encuentra en la base de toda la vida de este planeta. Buckeridge y Amanda repitieron el experimento en las cámaras de gas carbónico en 2008 y verificaron que efectivamente el transporte de electrones es un 43,5% más eficiente en altas concentraciones del gas. Como esta segunda fase del experimento se concentró en una época con temperaturas más altas, los resultados fueron aún más significativos: un 60% de aumento en la fotosíntesis, dando origen a una biomasa un 60% mayor que las plantas cultivadas en aire normal.

Para orientar el aumento de la productividad, aunque los cambios climáticos globales se reviertan y la composición del aire no sufra las alteraciones ahora previstas, resta comprender exactamente como el gas carbónico actúa para mejorar la eficiencia de la fotosíntesis en capturar luz, tarea en que el encuentro en la FAPESP puede haber ayudado. Mientras que su colega Fikret Mamedov describía la fotosíntesis en detalle, Styring apuntaba a Buckeridge proteínas que pueden ser responsables de sus observaciones. Me mostró cosas en las cuales yo nunca había pensado, contó el investigador de la USP.

Impulsado con el sol
Styring demostró que hay que ser audaz para afrontar la amenaza de la crisis energética. Para él, el solo hecho de mejorar tecnologías ya existentes de producción de energía, como la quema de combustibles, no va a salvar al mundo. Y considera primitivos los paneles solares actuales, que son ineficientes ?modificarlos únicamente no representará un aumento sustancial de la energía que producen. Hay que hacer hidrógeno para combustible directamente con la luz del sol, dijo. Según el bioquímico sueco, mucha energía se pierde cuando se usan plantas para transformar luz solar en combustible. La solución para él es la fotosíntesis artificial: desarrollar biorreactores que imiten lo esencial de las reacciones que se producen dentro de las plantas para producir energía. El investigador sueco cree que es posible, pero aún no sabe decir cuándo ni cuanto costará.

El primer problema consiste en seleccionar qué copiar, ya que la fotosíntesis incluye una serie compleja de reacciones. Cuando los griegos quisieron aprender a volar, dirigieron su mirada hacia las aves, comparó. Después de muchas tentativas, descubrieron que las alas eran realmente útiles, pero otras características de los animales voladores no eran útiles. Los aviones no ponen huevos, y las personas que intentaron volar moviendo alas murieron, bromeó. En la fotosíntesis también hay que descubrir qué es lo que importa, de allí la necesidad de conocer el proceso en todos sus detalles.

Mamedov mostró que el grupo de la Universidad de Uppsala cuenta con los medios para develar esos detalles, y ya lo ha hecho. Ahora ellos están probando con lo que Styring llama Lego químico, en referencia a los juegos producidos en el país vecino, Dinamarca: armar conjuntos de moléculas para llegar a un reactor biológico. Para ello, su equipo conecta enzimas naturales a átomos de manganeso, hierro y rutenio, por ejemplo. Ha obtenido ya un complejo capaz de generar energía, pero el investigador no canta victoria. Los sistemas artificiales constituyen una solución conceptualmente nueva y original, que tiene gran potencial, pero no hay manera de saber cuándo lo lograremos, dijo.

Por ahora, Buckeridge celebra las semillas lanzadas por el encuentro: Mamedov llegará a São Paulo este mismo año para aislar cloroplastos de caña de azúcar, donde se hace la fotosíntesis, para después examinar los datos en Suecia y ampliar el conocimiento sobre cómo estas plantas captan luz. Asimismo, dos alumnas de maestría irán Suecia para estudiar la captación de luz en dos especies amazónicas.

Artículo científico
SOUZA, A.P. et al. Elevated CO2 increases photosynthesis, biomass and productivity, and modifies gene expression in sugarcane. Plant, Cell and Environment. v. 31, n. 8, p. 1.116-1.127. ago 2008.

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