La fotosíntesis, la reacción química que hace posible casi toda la vida en la Tierra, es extremadamente ineficiente a la hora de capturar energía: solo alrededor del 1% de la energía luminosa que absorbe una planta se convierte en energía química dentro de la planta.
por Cell Press
En un artículo de perspectiva publicado el 23 de octubre en Joule , los bioingenieros proponen un nuevo método radical de producción de alimentos al que llaman «agricultura eléctrica». El método esencialmente reemplaza la fotosíntesis con una reacción química alimentada por energía solar que convierte de manera más eficiente el CO2 en una molécula orgánica que las plantas serían modificadas genéticamente para «comer».
Los investigadores estiman que si todos los alimentos de Estados Unidos se produjeran mediante agricultura eléctrica, se reduciría en un 94% la superficie de tierra necesaria para la agricultura. Este método también podría utilizarse para cultivar alimentos en el espacio.
«Si ya no necesitamos cultivar plantas con luz solar, entonces podemos disociar la agricultura del medio ambiente y cultivar alimentos en ambientes interiores controlados», dice el autor correspondiente e ingeniero biológico Robert Jinkerson de la Universidad de California en Riverside.
«Creo que tenemos que llevar la agricultura a la siguiente fase de la tecnología, y producirla de forma controlada y desvinculada de la naturaleza tiene que ser el siguiente paso».
La electroagricultura implicaría sustituir los campos agrícolas por edificios de varios pisos. Los paneles solares colocados sobre los edificios o cerca de ellos absorberían la radiación solar y esta energía impulsaría una reacción química entre el CO2 y el agua para producir acetato, una molécula similar al ácido acético, el componente principal del vinagre.
El acetato se utilizaría entonces para alimentar plantas cultivadas hidropónicamente. El método también podría emplearse para cultivar otros organismos productores de alimentos, ya que los hongos, las levaduras y las algas utilizan el acetato de forma natural.
«El objetivo de este nuevo proceso es aumentar la eficiencia de la fotosíntesis», afirma el autor principal Feng Jiao, electroquímico de la Universidad de Washington en St. Louis. «En la actualidad, tenemos una eficiencia de alrededor del 4%, que ya es cuatro veces mayor que la de la fotosíntesis, y como todo es más eficiente con este método, la huella de CO2 asociada a la producción de alimentos se vuelve mucho menor».
Para diseñar genéticamente plantas que se alimentan de acetato, los investigadores están aprovechando una vía metabólica que las plantas en germinación utilizan para descomponer el alimento almacenado en sus semillas. Esta vía se desactiva una vez que las plantas son capaces de realizar la fotosíntesis, pero al volver a activarla podrían utilizar el acetato como fuente de energía y carbono.
«Estamos intentando reactivar esta vía en las plantas adultas y despertar su capacidad natural de utilizar acetato», afirma Jinkerson. «Es similar a la intolerancia a la lactosa en los seres humanos: cuando somos bebés podemos digerir la lactosa de la leche, pero en muchas personas esa vía se desactiva cuando crecen. Es más o menos la misma idea, sólo que para las plantas».
El equipo está centrando su investigación inicial en tomates y lechuga, pero planean pasar a cultivos básicos con alto contenido calórico, como la mandioca, las batatas y los cereales, en el futuro. Actualmente, han logrado diseñar plantas que pueden usar acetato además de la fotosíntesis , pero en última instancia su objetivo es diseñar plantas que puedan obtener toda la energía necesaria del acetato, lo que significa que no necesitarían luz.
«En el caso de las plantas, todavía estamos en la fase de investigación y desarrollo para intentar conseguir que utilicen el acetato como fuente de carbono, porque las plantas no han evolucionado para crecer de esta manera, pero estamos progresando», afirma Jinkerson.
«Sin embargo, hoy en día es posible cultivar hongos, levaduras y algas de esta manera, por lo que creo que esas aplicaciones se podrían comercializar primero, y las plantas vendrán más adelante».
Los investigadores también planean seguir perfeccionando su método de producción de acetato para hacer que el sistema de fijación de carbono sea aún más eficiente.
«Este es sólo el primer paso de esta investigación y creo que hay esperanza de que su eficiencia y coste mejoren significativamente en el futuro cercano», afirma Jiao.
Más información: Electroagricultura: revolucionando la agricultura para un futuro sostenible, Joule (2024). DOI: 10.1016/j.joule.2024.09.011 . www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(24)00429-X
