La mina de oro genética del desierto de Atacama. Una llave para enfrentar el cambio climático

Las sociedades humanas se enfrentan a una crisis ambiental global. Las simulaciones climáticas muestran una mayor aridez en los subtrópicos de 2016 a 2035, en relación con 1986 a 2005, lo que lleva a una mayor desertificación global del 48 al 65 % de la superficie terrestre total. La sequía, la radiación elevada, la salinidad y las temperaturas extremas afectan negativamente a la producción de cultivos y representan una amenaza importante para la seguridad alimentaria mundial. Identificar los genes y los procesos moleculares que permiten la resiliencia de las plantas a condiciones extremas es crucial para sostener la producción de cultivos en una era de cambio climático acelerado

Ese es precisamente el objetivo del estudio de diez años dirigido por Rodrigo Gutiérrez, académico de la Facultad de Ciencias Biológicas y director alterno del instituto Milenio de Biología integrativa, de la Universidad Católica de Chile y Gloria Coruzzi, de la Universidad de Nueva York. También formó parte de investigación el Museo Americano de Historia Natural.

Entender cómo las plantas responden a los nutrientes y cómo esta regulación es integrada con otros procesos fisiológicos de la planta es esencial para diseñar estrategias con el fin de mejorar características de importancia agrícola.

Conversamos aquí con el doctor Rodrigo Gutiérrez.

Creo no equivocarme si aseguro que la pregunta principal que tienen aquellos que han tenido la fortuna de visitar el desierto florido es ¿Cómo es posible que una lluvia de 15 milímetros de agua caída pueda hacer florecer algunos sectores del desierto más árido de la tierra?

Por supuesto. El agua es la limitante principal para la vida en el desierto de Atacama, en particular como el desierto no polar más árido del planeta y probablemente el más antiguo de la tierra. Y ciertamente lo que determina que existan plantas, y con las plantas los animales, es la disponibilidad de agua. Por eso, si hay un elemento de precipitación, por muy pequeño que sea, va a permitir la vida vegetal y animal.

Las estrategias de adaptación de las plantas incluyen el enriquecimiento de bacterias promotoras del crecimiento de las plantas cerca de sus raíces y la selección positiva de genes asociados con procesos beneficiosos para la supervivencia. En buen romance, uno podría decir, perviven las plantas porque han sido capaces de desarrollar procesos de mantención en las peores circunstancias.

Eso es correcto. A lo largo de un proceso evolutivo que toma mucho tiempo, los organismos van cambiando y acumulando cambios que les permite sobrevivir de mejor manera. Las condiciones, en este caso del desierto de Atacama, incluye tolerancia a la falta de agua, tolerancia a una radiación extrema en uno de los lugares del planeta que tiene más radiación solar. Suelos que son muy pobre y además temperaturas que oscilan diariamente y pueden estar por debajo del cero en la noche y llegar a 30 o más grados en algunos lugares durante el día.

Entonces los organismos a lo largo del tiempo se van adaptando a estas condiciones y hoy en día tenemos una flora que es capaz de sobrevivir en las condiciones extremas de Atacama. Eso incluye procesos que son intrínsecos de cambios en la estructura, adaptaciones a nivel genético, y también tienen que ver con estrategias de colaboración con organismos que están en el ambiente, como las bacterias, los hongos, por ejemplo, que facilitan la vida a través de esa colaboración.

Si no es la estrella principal, es una de ellas. El nitrógeno. ¿Es posible explicar a los neófitos como nosotros, cómo es el fenómeno del nitrógeno y la importancia capital que tiene para las plantas?

 

El nitrógeno un nutriente esencial para todos los organismos vivos, es parte de nuestra estructura. Nosotros estamos hechos de carbono, de hidrógeno, de oxígeno, de nitrógeno, principalmente en todas nuestras moléculas, proteínas, azúcar en nuestros lípidos. Esos nutrientes los obtenemos de distintas fuentes. En el caso de las plantas, como son organismos fotosintéticos, tienen resuelto el tema del carbono a través de la fotosíntesis. Lo obtienen del aire y del dióxido de carbono que está en el aire. El hidrógeno, el oxígeno lo obtienen del agua y lo que viene a continuación, en términos de cantidad necesaria para sostener la vida, es el nitrógeno, otro elemento imprescindible para crear aminoácido, ácido nucleico, proteínas, la misma pared celular de la planta. El nitrógeno es muy abundante en el aire, en la atmósfera. Sin embargo, ese nitrógeno no está disponible para la planta y tampoco para nosotros. Pero hay microorganismos, bacterias en particular capaces de hacer lo que se llama fijación de nitrógeno. Toman ese nitrógeno atmosférico y lo transforman en fuentes que son biodisponibles para las plantas, como en la morera y luego el nitrato. Cuando entra a la planta se transforma, por ejemplo, en una proteína. Luego nosotros consumimos esa proteína. Entonces, el problema del nitrógeno, en particular para las plantas, es que se trata del macronutriente esencial que más limita crecimiento.

Ya lo dijimos al comienzo. No es todo el desierto, son algunos lugares. ¿Por qué no es más masivo el florecimiento de las plantas?

Todo tiene que ver con la disponibilidad de agua y Atacama es el desierto que tiene áreas en los que pueden pasar décadas, incluso cientos de años, en los que no cae una gota de agua. Entonces, en esos ambientes es imposible la vida macroscópica. Ahí no hay vida vegetal y por lo tanto no hay vida animal porque simplemente no hay agua. Pero a medida que uno empieza a subir en la ladera occidental de los Andes, se ve un poquito más de agua. Sigue siendo desierto, pero ese mínimo de agua permite la vida vegetal. Y con la vida vegetal llega la vida animal. Si continuamos subiendo aparecen cada vez más especies, hasta cierto punto, porque en la alta montaña las temperaturas son bajas, o sea, se alcanza un límite que es demasiado frío. Es en ese rango entre una altitud que permite cierta cantidad de agua la que posibilita la vida y luego cierta altitud sobre la cual es inviable.

Usted dice una cantidad de agua…

En este caso me refiero exclusivamente a la lluvia, porque por supuesto, hay oasis, quebradas, ríos que atraviesan el desierto, como el Loa. Pero aquí hablamos de campo abierto y ahí la fuente principal de agua es la precipitación que ocurre una o dos veces al año, merced a lo que conocemos como el invierno boliviano.

Profesor usted dijo al pasar, pueden pasar décadas e incluso siglos en que no cae una gota de agua y sin embargo, ahí están. ¿Quiere decir que la supervivencia de las plantas en un estado de hibernación puede durar esos siglos?

Esa es una buena pregunta porque no tenemos muy claro todavía es cuál es la vida que tienen los bancos de semillas que se llaman. No es la cantidad de semillas y que claro, cuando cae agua germinan, crecen, florecen y se mueven de nuevo, esparcen semillas y vuelven a morir. Se completa el ciclo. ¿Cuánto tiempo permanecen vivos esos bancos de semillas? No lo sabemos a ciencia cierta. Pero ciertamente hay lugares donde lo hemos visto a lo largo de nuestro estudio que puede caer agua una vez en diez años y florecen las plantas. No me sorprendería si en algunos casos pudieran ser incluso muy longevas. Son preguntas de investigación que están abiertas. De hecho, son muy interesantes, porque dan cuenta que puede haber una reserva de material genético en los desiertos que no conocemos, porque no se han dado las condiciones climáticas para que se expresen o para que esas especies germinen.

Hay un valor tremendo por lo menos desde el punto de vista de investigación, pero también desde el punto de vista aplicado.

Una de las curiosidades para quienes han ido a ver el desierto florido, es que no se trata solo de las flores, de las plantas, aparecen de inmediato los coleópteros, las iguanas del desierto, las lagartijas, las culebras de cola larga, las avispas cazadoras, etcétera, etcétera. ¿estaban?

Los animales están. Se movilizan de un lugar otro, dependiendo de las condiciones climáticas, es la ventaja que tienen en comparación con las plantas que no pueden arrancar de las condiciones adversas. Pero en particular los insectos están ahí en el desierto. Cuando llega la lluvia y hay florecimiento, aumenta la población porque cobra vigor la multiplicación familiar. Sostienen la vida animal precariamente, pero en suficiente medida para no desaparecer.

Llegamos aquí al punto fundamental y voy a tratar de citarlo textualmente, porque dice el estudio que: “las estrategias de sobrevivencia de las plantas pueden dirigir el mejoramiento molecular o la ingeniería de cultivos resistentes. Las estrategias de adaptación de las especies de Atacama encajan con el objetivo a largo plazo de transferir dicho conocimiento para permitir que los cultivos y las especies de biocombustibles prosperen en suelos marginales cereales, leguminosas, papas. Es, como digo, un aspecto decisivo. Aquí surgen varias interrogantes la número uno ¿cuán difícil podría ser el proceso de réplica de estas condiciones?

Efectivamente hay un tremendo potencial y por eso en nuestro trabajo hablamos de “una mina de oro genética”, porque hay mucha información que se puede utilizar para mejorar los cultivos tradicionales y hacerlos más resistentes a la sequía, más eficientes en el uso del nitrógeno y quizás otras características que permitan, por un lado, aumentar la productividad, o permitir expandir el uso de su cultivo a otros lugares donde no existen porque poseen suelos tan marginales que muy poca cosa puede crecer ahí.

Eso toma tiempo y requiere de un proceso de investigación asociado al mejoramiento de los cultivos, para propiciar la generación de nuevas variedades. También se pueden usar herramientas de la biotecnología para generar cambios en los genomas de estas especies, para introducir características mejoradas.

Poner esta información en el dominio público contribuye a que otros grupos en distintos lugares del mundo puedan valerse de la información para avanzar en la dirección correcta.

La segunda aclaración, si hubiese interés, ¿hablamos aquí de una gran inversión para mejorar la producción de alimentos en tierras áridas?

Si partimos de la base, como lo hemos dicho, que los procesos de mejoramiento toman bastante tiempo de ello se deriva que tienen un costo importante. Pero lo fundamental en este caso es que se trata de un punto de partida que se puede aprovechar. Hay mucha información sobre genes que no se habían identificado previamente como posibles candidatos para implementar mejoras.

Luego hay todo un tema regulatorio de cómo se produce y eso también cuesta tiempo.

Se trata de un proyecto a largo plazo que puede costar décadas. Y si lo pregunto es porque me parece pertinente, en el sentido de que, en términos generales, muchos gobiernos trabajan más al día que en proyectos de largo plazo.

Así es, lamentablemente, porque la planta tiene un ciclo de vida largo. Entonces son procesos lentos. Si uno piensa, por ejemplo, en el maíz, hay que esperar a que florezca, que produzca la mazorca para evaluar si hubo mejora y si uno quiere utilizar el método a lo largo de varias generaciones. Este tipo de proyectos hay que pensarlos en una escala de décadas.

Ahora, hay nuevas herramientas tecnológicas para acelerar los procesos. No en todos los países están permitidas. Si uno piensa en organismos genéticamente modificados, pero es una alternativa. De esa forma se pueden estimular estos procesos de transferencia, al menos para saber si una característica efectivamente genera una mejora como para evaluarlo en una primera instancia y así después actuar de manera más focalizada.

Si uno es optimista, podría decir también, que aquí está presente una auténtica lección de la naturaleza, justamente para quienes ven solo el corto plazo.

Ah, por supuesto. Si estamos hablando de décadas, eso no es nada comparado con los millones de años que puede tomar un proceso evolutivo. Ciertamente que hemos acelerado esto de una manera astronómica, pero sigue siendo caro a escala de los gobiernos, como en Chile, en donde la duración de una administración dura cuatro años. De manera tal que cuesta conseguir financiamiento y respaldo, a lo que hay que sumar que en ocasiones hay grados de incertidumbre, porque no es infrecuente que los organismos, las plantas, no se comportan necesariamente como uno anticipaba. Entonces hay riesgos y a veces cuesta asumirlos.