Cuando las plantas están sanas, emiten una luz roja que es casi imposible de ver a simple vista, pero con un nuevo instrumento desarrollado en la Universidad de York, ahora es posible medir esa luz ya sea en un laboratorio o en el campo.
por la Universidad de York
Aunque pueda parecer ciencia ficción decir que las plantas sanas brillan, esta fluorescencia retardada proviene de la luz absorbida por el sol, relacionada con la actividad fotosintética y la salud de la planta. Las plantas emiten este brillo después de absorber un destello de luz.
«Podemos decir qué tan saludable es la planta por la robustez de la luz roja que emiten. Cuanto más débil se vuelve la luz, menos saludable es la planta», dice el profesor asociado de biofísica Ozzy Mermut de la Facultad de Ciencias de York. «No siempre se puede saber la salud de la planta con solo mirarla. A menudo, se verá verde y saludable hasta que la pruebes».
Ahí es donde entra en juego el nuevo biosensor altamente sensible y portátil diseñado por el profesor de química William Pietro de Mermut y York. «Desarrollamos un dispositivo que puede capturar la emisión de luz de baja intensidad de las plantas», dice Pietro.
La herramienta, un dispositivo de conteo de fotones de fluorescencia retardada portátil habilitado para SiPM (fotomultiplicador de silicio de estado sólido) con excitación plug-and-play integrada de un LED simple, se puede implementar fácilmente de forma remota. Esto permite que el dispositivo ayude a medir la salud y la sostenibilidad de las plantas, especialmente aquellas estresadas por las emisiones de CO2 , los gases de efecto invernadero y los fenómenos meteorológicos extremos , y evalúe los impactos de la industrialización. No solo puede usarse en un laboratorio, sino que, dado que tiene el tamaño de un maletín, puede transportarse fácilmente de un lugar a otro, ya sean cultivos en Saskatchewan, de donde proviene Mermut, tierras indígenas protegidas en todo Canadá, o las selvas tropicales de Brasil.
«Los resultados de esto pueden informarnos sobre la reacción de las plantas en diversas condiciones ambientales, incluida la sequía, el estrés por calor y frío o después de las inundaciones. Lo hace de una manera nueva y poderosa que nos permite estudiar este fenómeno de emisión de plantas directamente en el campo. Es tan sensible que puede contar fotones individuales, partículas de luz, emitidas por las plantas», dice Pietro.
Esto no habría sido posible incluso hace unos años. La tecnología era demasiado grande, no portátil en lo más mínimo, complicada y costosa, todo lo cual impedía los estudios de campo, hasta ahora. Mermut y Pietro esperan que otros investigadores también comiencen a usar el instrumento en sus estudios, tal vez para estudiar los impactos del cambio climático en las plantas a lo largo del tiempo.
En el futuro, esperan montar el equipo en un dron para que pueda volar sobre selvas tropicales, áreas de conservación y campos agrícolas, lo que puede ayudar a los agricultores a abordar la seguridad alimentaria , para medir su salud y cómo cambia con el tiempo o en reacción a factores ambientales estresantes.
«Esto es muy importante porque aproximadamente el 20 por ciento del oxígeno es producido por las selvas tropicales de Brasil», dice Mermut, quien tiene experiencia en la creación de dispositivos médicos desplegables de forma remota para aplicaciones de salud global e investigación en ciencias de la vida espacial. «Puedes imaginar lo útil que puede llegar a ser esta tecnología en el futuro, no solo para las plantas, sino también para los humanos».
Los investigadores publicaron su estudio de prueba de concepto, «Un dispositivo de conteo de fotones de fluorescencia retardada portátil habilitado para SiPM: biodetección de estrés climático de plantas» en una edición especial de la revista Biosensors — Photonics-Based (Bio-)Sensors for a Healthy Planet.
Ya están enseñando a los estudiantes en el programa de pregrado de Biofísica en el Departamento de Física y Astronomía sobre los conceptos y cómo usar el equipo de investigación en el laboratorio MiBAR, donde pueden simular las tensiones que se encuentran en la naturaleza en los invernaderos, para ver los efectos en varias plantas _
Es un ejemplo de cómo la investigación de vanguardia no solo se utiliza de inmediato en el aula, sino también en el campo.
Más información: William J. Pietro et al, A SiPM-Enabled Portable Delayed Fluorescence Photon Counting Device: Climatic Plant Stress Biosensing, Biosensors (2022). DOI: 10.3390/bios12100817
