NATURALEZA

¿Sin sol? ¡No hay problema! Un nuevo proceso pronto podría hacer crecer plantas en la oscuridad

¿Sin sol?

¿Sin sol? Eso puede no ser un problema para los futuros jardines espaciales. A los científicos se les acaba de ocurrir un truco para cultivar alimentos en la oscuridad.

Hasta ahora, el nuevo método funciona con algas, hongos y levaduras. Los primeros experimentos con lechuga sugieren que las plantas también podrían crecer pronto utilizando fuentes de energía distintas a la luz solar.

El proceso sin luz absorbe dióxido de carbono o CO2, y escupe alimento vegetal, tal como lo hace la fotosíntesis. Pero el alimento vegetal que produce es acetato (ASS-eh-tayt), en lugar de azúcar. Y a diferencia de la fotosíntesis, este alimento vegetal se puede hacer usando electricidad simple y antigua. No necesita luz solar.

Esto podría no ser crucial en la Tierra, donde generalmente hay mucha luz solar para cultivar plantas. En el espacio, sin embargo, ese no es siempre el caso, explica Feng Jiao. Es electroquímico en la Universidad de Delaware en Newark. Es por eso que cree que la exploración del espacio profundo es probablemente la primera gran aplicación para esto. El nuevo proceso de su equipo podría incluso encontrar uso en la superficie de Marte, dice. Incluso en el espacio, señala, los astronautas tendrán acceso a la electricidad. Por ejemplo, ofrece: «Tal vez tengas un reactor nuclear» a bordo de una nave espacial que lo fabrique.

El artículo de su equipo aparece en la edición del 23 de junio de Alimentos naturales.

Los investigadores se han centrado en la cuestión de la disponibilidad de luz solar para las plantas. Pero ese no es el único problema que esta nueva tecnología podría ayudar a resolver, dice Matthew Romeyn. Es científico de plantas de la NASA en el Centro Espacial Kennedy en Cabo Cañaveral, Florida. No formó parte de este estudio. Sin embargo, aprecia los límites del cultivo de alimentos en el espacio. Su trabajo es ayudar a encontrar mejores formas de cultivar plantas en el espacio. Y, dice, demasiado CO2 es un problema al que se enfrentarán los viajeros espaciales.

Matthew Romeyn inspecciona la col rizada, las hojas de mostaza y el pak choi. Los cultivó en esta unidad de demostración de la NASA en Cabo Cañaveral, Florida, para probar si podrían producir buenas cosechas a bordo de las misiones lunares. (Desde entonces, la mostaza y el pak choi se han cultivado a bordo de la Estación Espacial Internacional).Cory Houston/NASA

Con cada respiración que exhalan, los astronautas liberan este gas. Puede acumularse a niveles nocivos para la salud en las naves espaciales. Romeyn dice: “Cualquiera que tenga una forma de usar CO2 eficientemente, para hacer algo realmente útil con él, eso es bastante asombroso”.

Esta nueva tecnología no solo elimina el CO2, pero también lo reemplaza con oxígeno y alimento vegetal. Los astronautas pueden respirar el oxígeno. Y el alimento vegetal puede ayudar a cultivar cultivos para comer. “Se trata de hacer las cosas de manera sostenible”, dice Romeyn. Eso, argumenta, es un gran beneficio de este estudio.

Una idea echa raíces

Jiao descubrió cómo hacer acetato a partir de CO2 hace tiempo. (El acetato es lo que le da al vinagre su fuerte olor). Desarrolló un proceso de dos pasos. Primero, usa electricidad para quitar un átomo de oxígeno del CO.2 para producir monóxido de carbono (o CO). Luego, usa ese CO para hacer el acetato (C2H3O2). Los trucos adicionales en el camino impulsan el proceso.

un diagrama que muestra cómo la electricidad convierte el dióxido de carbono en acetato como alternativa a la fotosíntesis
Esta nueva alternativa a la fotosíntesis utiliza electricidad para convertir el dióxido de carbono en acetato. Aquí, esa electricidad proviene de un panel solar. El acetato puede entonces impulsar el crecimiento de levaduras, hongos, algas y tal vez, algún día, plantas. Este sistema podría conducir a una forma más eficiente de energía para cultivar alimentos.F Jiao

Usar acetato para reemplazar la fotosíntesis nunca pasó por su mente, hasta que conversó con algunos científicos de plantas. “Estaba dando un seminario”, recuerda Jiao. “Dije: ‘Tengo esta tecnología muy específica’”.

Describió el uso de electricidad para convertir CO2 en acetato. De repente, esos científicos de plantas se interesaron mucho en su tecnología.

Sabían algo sobre el acetato. Por lo general, las plantas no usarán alimentos que no produzcan ellas mismas. Pero hay excepciones, y el acetato es una de ellas, explica Elizabeth Hann. Es científica de plantas en la Universidad de California en Riverside. Se sabe que las algas usan acetato como alimento cuando no hay luz solar alrededor. Las plantas también podrían.

Mientras Jiao conversaba con los científicos de plantas, surgió una idea. ¿Podría este CO2-al acetato truco sustituto de la fotosíntesis? Si es así, podría permitir que las plantas crezcan en completa oscuridad.

Los investigadores se unieron para probar la idea. Primero, necesitaban saber si los organismos usarían acetato fabricado en laboratorio. Alimentaron con acetato a las algas y plantas que vivían en la oscuridad. Sin luz, la fotosíntesis sería imposible. Así que cualquier crecimiento que vieron tendría que haber sido alimentado por ese acetato.

dos vasos de precipitados, uno con un líquido verde pálido en el fondo y otro con un líquido verde brillante en el fondo
Estos vasos de algas se mantuvieron en la oscuridad durante cuatro días. A pesar de que no tuvo lugar la fotosíntesis, las algas de la derecha se convirtieron en una densa comunidad de células verdes al comer acetato. Las algas en el vaso de precipitados izquierdo no recibieron acetato. No crecieron en la oscuridad, dejando el líquido pálido. E. hann

Las algas crecieron bien, cuatro veces más eficientemente que cuando la luz alimentaba su crecimiento a través de la fotosíntesis. Estos investigadores también cultivaron cosas en acetato que no utilizan la fotosíntesis, como la levadura y los hongos.

Por desgracia, Sujith Puthiyaveetil señala: «No cultivaron plantas en la oscuridad». Bioquímico, trabaja en la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana.

Eso es cierto, señala Marcus Harland-Dunaway. Es miembro del equipo de UC Riverside. Harland-Dunaway intentó cultivar plántulas de lechuga en la oscuridad con una comida de acetato y azúcar. Estas plántulas vivieron pero no crecer. No se hicieron más grandes.

Pero ese no es el final de la historia.

El equipo etiquetó su acetato con átomos especiales, ciertos isótopos de carbono. Eso les permitió rastrear en qué parte de las plantas terminaron esos átomos de carbono. Y el carbono del acetato apareció como parte de las células vegetales. “La lechuga absorbía el acetato”, concluye Harland-Dunaway, “y lo convertía en aminoácidos y azúcares”. Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas y el azúcar es el combustible de las plantas.

Así que las plantas pueden comen acetato, simplemente tienden a no hacerlo. Por lo tanto, es posible que se necesiten algunos «ajustes» para que las plantas utilicen esta solución alternativa de la fotosíntesis, dice Harland-Dunaway.

una foto de plántulas de lechuga que crecen de una placa de Petri
Estas diminutas plántulas de lechuga vivieron en la oscuridad durante cuatro días con una dieta de azúcar y acetato. Los análisis revelaron que la lechuga no solo había consumido el acetato como alimento, sino que también había usado su carbono para producir nuevas células. Esto demuestra que las plantas pueden vivir con acetato.elizabeth hann

¿Un gran problema?

El proceso de dos pasos de Jiao para convertirse en CO2 a CO a acetato es «una electroquímica inteligente», dice Puthiyaveetil. Este no fue el primer informe sobre el uso de electricidad para hacer acetato, señala. Pero el proceso de dos pasos es más eficiente que las formas anteriores. El producto final es principalmente acetato, en lugar de otros posibles productos de carbono.

Alimentar a los organismos con ese acetato hecho con electricidad también es una idea nueva, señala el químico Matthew Kanan. Trabaja en la Universidad de Stanford en California.

Gioia Massa en el Centro Espacial Kennedy ve potencial en el enfoque. Es científica de plantas en el programa de producción de cultivos espaciales de la NASA. Estudia formas de cultivar alimentos en el espacio. Los astronautas podrían criar algas fácilmente, dice ella. Pero comer algas probablemente no haría felices a los astronautas. En cambio, el equipo de Massa tiene como objetivo cultivar cosas deliciosas con muchas vitaminas.

En la NASA, dice: «Nos contactan mucho… con ideas diferentes [for growing crops].” Este trabajo de acetato está en sus primeras etapas, dice ella. Pero los nuevos hallazgos sugieren que el potencial del acetato para cultivar plantas en el espacio «es muy bueno».

En las primeras misiones a Marte, dice, «probablemente traeremos la mayor parte de la comida de la Tierra». Más tarde, sospecha, “terminaremos con un sistema híbrido”, uno que combine enfoques agrícolas antiguos con otros nuevos. Un sustituto eléctrico de la fotosíntesis “muy bien podría terminar siendo uno de los enfoques”.

Kanan espera que este truco de plantas también pueda ayudar a los cultivadores terrestres. Usar la energía de manera más eficiente en la agricultura será cada vez más esencial en un mundo que pronto podría tener “10 mil millones de personas y cada vez más [food] restricciones Entonces, me encanta el concepto”.

Esta es una de una serie que presenta noticias sobre tecnología e innovación, posible gracias al generoso apoyo de la Fundación Lemelson.

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