La agricultura evoca inmediatamente imágenes de campos frondosos bajo un cielo azul, maíz ondeando al viento o majestuosos arrozales en terrazas tallados en las laderas de las montañas.
La agricultura cambió las sociedades y nuestros hábitos alimentarios hace aproximadamente 12.000 años , cuando los humanos dejaron de tener un estilo de vida nómada de cazadores-recolectores para establecerse en asentamientos más permanentes.
En los últimos siglos, los equipos agrícolas innovadores y los fertilizantes químicos sintéticos han impulsado la producción de alimentos para alimentar a una población cada vez mayor. Pero, como sabe cualquier jardinero, el cultivo de alimentos de origen vegetal (lechuga, tomates, hierbas, cereales, calabazas) todavía depende en gran medida de la estrategia ancestral: plantar semillas en tierra nutritiva, mantenerlas bien hidratadas con abundante luz solar y esperar a que crezcan.
Esta estrategia tiene sus desventajas. La agricultura utiliza casi la mitad de las tierras habitables del mundo y es responsable de hasta un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero generadas por el hombre, escribió Feng Jiao de la Universidad de Washington en St. Louis y su equipo en un análisis reciente.
¿La razón? Si bien las regiones soleadas proporcionan naturalmente suficiente luz para el cultivo, las áreas con inviernos más fríos suelen necesitar luces de cultivo e invernaderos durante parte del año. Esto aumenta el consumo de energía, los dolores de cabeza logísticos y, en última instancia, los costos de los alimentos.
En su artículo, Jiao y sus colegas abogan por un nuevo método que podría revolucionar drásticamente las prácticas agrícolas para reducir el uso de la tierra y las emisiones de gases de efecto invernadero.
El método, denominado “agricultura eléctrica”, utiliza paneles solares para desencadenar una reacción química que convierte el CO2 ambiental en una fuente de energía llamada acetato. Algunos hongos, levaduras y algas ya consumen acetato como alimento. Con un ligero ajuste genético, también podríamos modificar otros alimentos comunes, como los cereales, los tomates o la lechuga, para que consuman acetato.
Podría ser “una revolución revolucionaria en la agricultura”, escribió el equipo.
Según una estimación, si Estados Unidos adoptara plenamente la agricultura eléctrica, reduciría el uso de tierras agrícolas en casi un 90 por ciento. Un sistema similar también podría permitir un crecimiento más eficiente de los cultivos durante los vuelos espaciales, donde la eficiencia en espacios pequeños es clave. Con más investigaciones, incluso podría ser posible evitar la fotosíntesis tradicional con acetato y cultivar plantas en la oscuridad.
“El objetivo de este nuevo proceso es aumentar la eficiencia de la fotosíntesis”, afirmó Jiao en un comunicado de prensa. “En este momento, tenemos una eficiencia de alrededor del cuatro por ciento, 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 con la producción de alimentos se vuelve mucho menor”.
El hombre contra la comida
La agricultura es uno de los ámbitos en los que resulta más difícil reducir las emisiones de carbono. A medida que aumenta la población mundial, es probable que su impacto sobre el medio ambiente aumente.
“Es urgente repensar el sistema alimentario mundial para sustentar un planeta habitable”, escribió el equipo.
La fotosíntesis es el núcleo de la agricultura. En las plantas y algunas bacterias, unas máquinas moleculares de color verde llamadas cloroplastos absorben la luz solar y la convierten en energía. No es casualidad que la mayoría de las granjas se encuentren en zonas soleadas como el centro de California.
Los agricultores y los científicos han intentado reducir la huella de carbono de la agricultura con la agricultura vertical . Como era de esperar, las granjas verticales cultivan en estanterías apiladas en lugar de grandes campos horizontales. El método suele basarse en la hidroponía, en la que las plantas absorben los nutrientes de un sistema basado en agua en lugar de tierra, similar a AeroGarden pero a escala industrial.
Estos sistemas funcionan en interiores, por lo que las plantas pueden crecer durante todo el año. Sin embargo, la gran dependencia de las luces artificiales de cultivo implica que el alto consumo de energía limita su capacidad de crecimiento.
Parte del problema es la eficiencia. Gran parte de la “electricidad suministrada a las luces LED de cultivo en la agricultura vertical convencional se pierde en forma de calor”, explicó el equipo.
La electroagricultura, o “electroag”, evita estos desafíos. El sistema captura el CO2 ambiental del aire y utiliza agua y electricidad para convertir el gas en diferentes moléculas, entre ellas etanol y acetato, que es el “alimento vegetal” de algunas especies.
El acetato es una sustancia química similar al vinagre que está en el centro de muchas reacciones biológicas. Un estudio reciente descubrió que el acetato elaborado a partir de CO2 podría utilizarse para cultivar levadura, hongos y un tipo de alga verde en total oscuridad sin necesidad de fotosíntesis natural . Con un poco de luz solar, la sustancia química multiplicó por cuatro el crecimiento en nueve tipos de cultivos diferentes en comparación con las técnicas agrícolas tradicionales.
Estos resultados iniciales hicieron que los científicos se preguntaran: ¿Podemos utilizar solo acetato para reemplazar la fotosíntesis?
No exactamente. La mayoría de las plantas adultas necesitan naturalmente la fotosíntesis para aumentar su peso y tamaño. Las plantas cultivadas con electroagricultura tendrían que modificar su metabolismo para consumir acetato (que la mayoría de las plantas adultas tienen dificultades para procesar) como fuente principal de alimento.
Pero las plantas pueden utilizar la molécula para obtener energía mientras germinan a partir de semillas. Es un poco como cuando las personas bebían leche cuando eran bebés pero luego se volvieron intolerantes a la lactosa. La programación genética sigue ahí, solo hay que reactivarla.
Aquí es donde entra en juego la ingeniería genética .
Modificando los genes implicados en el metabolismo del acetato, podría ser posible reactivar la capacidad natural de las plantas para digerir la molécula. La estrategia aún no se ha probado directamente, pero en las bacterias, la amplificación de un gen implicado en el metabolismo del acetato aumentó su capacidad para ingerirlo.
La ingeniería de plantas que comen acetato es un “paso crítico” hacia la construcción de un sistema de electroagricultura.
El equipo prevé una disposición apilada verticalmente para reducir el uso de la tierra, algo así como un frigorífico con tres secciones. La primera sección (el techo) estaría cubierta de paneles solares para recolectar energía. La sección del medio utilizaría esta energía para descomponer el CO2 y generar acetato para alimentar a las plantas que crecen en la sección inferior. Dependiendo del tipo de cultivo, esta sección podría albergar aproximadamente de tres a siete «pisos» de plantas apiladas unas sobre otras, como las bandejas de un frigorífico.
Hacia lo salvaje
La electroagricultura podría beneficiar al medio ambiente, reduciendo el uso total de tierras para la agricultura en aproximadamente un 88 por ciento solo en los EE. UU. Esto liberaría más de mil millones de acres de tierra que podrían restaurarse para ecosistemas naturales, como bosques densos. La tecnología también podría ayudar a estabilizar los precios de los alimentos. A medida que el clima se vuelve cada vez más impredecible debido al cambio climático, los países en desarrollo suelen ser los más afectados. Un sistema de interior a gran escala podría ayudar a poner un límite a la volatilidad.
Pero aún no se sabe cuánto costaría todo esto. El campo todavía está en una etapa muy temprana. Actualmente, los científicos están modificando los genes del tomate y la lechuga para aumentar su capacidad de utilizar acetato como alimento. Los cultivos básicos con alto contenido calórico, como la papa, el maíz, el arroz y el trigo, son los siguientes en la lista. Dejando a un lado las plantas, una tecnología similar, en teoría, también podría usarse para cultivar productos lácteos y carne de origen vegetal, aunque la idea aún no se ha probado.
«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», afirmó Jiao. Singularityhub. F. S. Traducido al español
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