El dilema de intentar crear plantas más eficientes

Que el cambio climático está aquí no lo podemos negar, y que es un problema apremiante para nuestra civilización, tampoco. Y quizá ahora, que por motivos inesperados hemos tenido que parar casi en seco, es momento para valorar posibles soluciones. Soluciones de todo tipo, como cambiar la fotosíntesis de las plantas para hacerla más efectiva a la hora de capturar CO2.

Y no se trata de inventarnos algo, se trata de intentar aprovechar algo que ya existe, pero insertarlo mediante bioingeniería en plantas que no lo tienen: la fotosíntesis C4 o fotosíntesis por ciclo de Hatch-Slack. Se trata de una ruta alternativa para realizar la fotosíntesis que resulta mucho más eficaz a temperaturas altas y con baja humedad. Vamos, en el escenario que nos pinta el cambio climático.

No hace falta rebuscar en los textos de Botánica para encontrar plantas que utilicen la ruta C4. Tres cultivos fundamentales para el ser humano recurren a esta ruta: el sorgo, el maíz y la caña de azúcar. Tres cultivos altamente eficientes, y que son los que inspiran esta idea.

Que ya está en marcha, no pensemos otra cosa. Existe un proyecto, conocido como “Proyecto Arroz C4” – C4 Rice Project en inglés – que trata de incorporar esta ruta metabólica en las plantas de arroz. Si las plantas C4 producen más, utilizan menos agua y fertilizantes – la ruta C4 también facilita fijar nitrógeno, nutriente fundamental para el crecimiento – son todo ventajas.

Pero ¿en qué consiste la diferencia entre las dos fotosíntesis? En realidad, en muchas cosas, pero vayamos a lo principal. La fotosíntesis digamos normal, la más frecuente, se conoce también como C3. Y es porque fija el CO2 en una molécula de tres carbonos, el ácido fosfoglicérico. En la ruta C4, el dióxido de carbono se fija ácido oxalacético, que tiene cuatro carbonos. De ahí el nombre de las rutas, y una de sus principales diferencias.

Pero ¿para qué esta diferencia, qué sentido tiene? La clave está en una de las enzimas principales de la fotosíntesis, la RuBisCO. El nombre completo nos dará la razón de la importancia de los ciclos C3 y C4: Ribulosa Bisfofato Carboxilasa Oxidasa. O lo que es lo mismo: una enzima que, en función de las circunstancias puede usar oxígeno o dióxido de carbono, ir en una dirección o en otra, fijar o liberar carbono.

Cuando las temperaturas aumentan o se reduce la humedad, por motivos fisiológicos, se acumula oxígeno de la fotosíntesis dentro de la hoja, y la RuBisCO empieza a funcionar en el sentido contrario al habitual, en un proceso que se conoce como fotorespiración. Y en estos casos se pierde mucha eficiencia energética y se deja de fijar CO2.

En cambio, en el ciclo C4 la fotorespiración se reduce y se gana en eficiencia. Y de una manera notable: aunque comparar es complicado, se estima que la ruta C4 es hasta un 50% más eficiente que la ruta C3 en las condiciones hacia las que nos dirigimos. Que no es poca cosa.

Visto así, parecería que tendría que haber muchas más plantas C4 de las que ya existen, ¿no? Porque las especies que presentan esta fotosíntesis son apenas un 2% de las que se conocen hasta ahora. Y esto tiene que tener alguna razón.

No una, varias. Pero hay dos que destacan. Por una parte, recurrir a la ruta C4 complica el transporte de sustancias y obliga a que las hojas tengan una forma, una morfología, muy concreta. Por eso no hay apenas árboles, y no existen bosques, de especies C4. La segunda razón es de carácter genético: para pasar de la ruta C3 a la C4 – la ruta C3 es, evolutivamente, muy anterior y todas las plantas C4 fueron C3 en su momento – se necesitan duplicaciones de secuencias, presiones evolutivas y derivas genéticas, que en las condiciones “normales” no se dan en la medida suficiente.

Pero si se consiguiese, tendríamos una opción muy interesante para fijar más carbono, tener cultivos más eficientes que podrían dar de comer a más personas con menos impacto – económico y ambiental – y ganaríamos tiempo, al menos.

A farmer wears a face mask while covering the sorghum in his field to protect it from the birds in the outskirts of Gaborone on April 5, 2020 during the third day of the state of emergency in Botswana. - Botswana President Mokgweetsi Masisi declared state of emergency of 28 days to fight against the outbreak of the COVID-19 coronavirus pandemic. (Photo by Monirul Bhuiyan / AFP) (Photo by MONIRUL BHUIYAN/AFP via Getty Images)

Suena tan bonito que algo malo debe tener, ¿no? Pues sí, algo malo tiene, por supuesto. Y la respuesta está en la termodinámica y en la complejidad y resiliencia de los ecosistemas. Vamos a tratar de explicarlo de manera sencilla.

En general, la naturaleza tiende a equilibrarse siempre que pueda. Por poner un ejemplo sencillo: si aumenta mucho el número de presas, crece el de depredadores hasta que el número de presas se reduce… haciendo que el de depredadores disminuya. Y así se consigue una cierta estabilidad, un equilibrio dinámico.

Lo mismo ocurriría si metiésemos más energía – una fotosíntesis más eficiente implica meter más energía en el ecosistema. Al principio crecerían las plantas, se desarrollarían más en tamaño y número. Pero esto se vería compensando por un aumento de herbívoros, que tendrían más comida para ser más y más grandes. Lo mismo con sus depredadores, y con los depredadores de depredadores. Esto, en sí, puede suponer un problema. Más que nada porque estas especies entrarían en conflicto con los seres humanos.

Pero también supondría un problema para las propias especies. Un aumento de recursos tan rápido – los tiempos biológicos funcionan como funcionan, y adaptarse a un “mundo C4” no es fácil – supondría una perturbación. Y las perturbaciones tienen sus consecuencias.

¿Qué consecuencias? Pues, para empezar, que no sabemos qué especies serían beneficiadas y cuáles no. Puede que, simplemente, se ajusten los números a la nueva realidad. Pero también es muy probable que algunas especies se vean muy afectadas, o incluso que terminen extinguiéndose. Por mucho que queramos pensar que al aumentar los recursos disminuye la competencia, esto no es exactamente así. Y predecir las consecuencias no es tarea sencilla, o tal vez ni siquiera posible.

El ejemplo más cercano que podemos imaginar de un ecosistema que recibe aportes extra de energía en forma de más comida son los lagos eutrofizados… y las consecuencias a nivel ecológico son enormes: simplificación del ecosistema – que tiene consecuencias nefastas –, pérdida de calidad ambiental, extinción de especies…

O tal vez nada, tal vez no existan consecuencias. Es decir, no se darían consecuencias dramáticas, que no es poco. Pero no lo podemos saber, y ese es uno de los peligros de jugar con este tipo de cosas, que somos incapaces de predecir el futuro, y ese futuro es el nuestro.

Me enteré leyendo aquí.

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