¿Podría Este Maíz Viscoso 'Arreglar' Uno De Los Problemas De Contaminación Más Grandes De La Tierra?

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La fijación de nitrógeno es un proceso que las plantas utilizan para generar oxígeno del aire y transformarlo en una forma utilizable.

Probablemente no se parece a ningún maíz que hayas visto. A 16 pies (5 metros), tiene aproximadamente el doble de altura que el maíz convencional. Y sobresaliendo de los tallos, por encima del suelo, se encuentran las raíces aéreas, con protuberancias rojas en forma de dedos cubiertas de limo.

Pero a pesar de esta sustancia extraña, esta especie de maíz, originaria de la región de la Sierra Mixe de Oaxaca, México, donde los lugareños han estado cultivándola y comiéndola, es notable por otra razón. Es el único maíz que los científicos saben que puede tomar nitrógeno directamente del aire y usarlo para crecer.

El nitrógeno es un nutriente esencial, y la capacidad de un cultivo importante de usar nitrógeno atmosférico cambiaría el mundo, reduciendo la contaminación de nitrógeno que se ha convertido en uno de los mayores problemas ambientales que afectan al mundo. [La realidad del cambio climático: 10 mitos reventados]

¿Qué es la fijación de nitrógeno?

Todos los organismos vivos necesitan nitrógeno. Se necesita para construir las proteínas, por ejemplo, que permitan a los organismos funcionar y crecer. Pero aunque la atmósfera es 78 por ciento de nitrógeno, está fuera del alcance de los animales y la mayoría de las plantas. Eso se debe a que el nitrógeno en nuestro aire consta de dos átomos de nitrógeno, estrechamente unidos, y eso requiere mucha energía para romperse, dijo Alan Bennett, un biólogo de plantas de la Universidad de California en Davis, quien ayudó a analizar el maíz fijador de nitrógeno..

Entre los cultivos, solo las legumbres, como la soja, el frijol y la alfalfa, pueden acceder a este nitrógeno, y solo con la ayuda de bacterias. Los microbios usan una enzima para convertir, o "arreglar", nitrógeno atmosférico en una forma utilizable, compuestos como el amoníaco (una molécula de nitrógeno unida a tres moléculas de hidrógeno) o nitrato (un nitrógeno unido a tres moléculas de oxígeno), dijo Bennett.

La mayoría de los cultivos principales, como el maíz, el trigo y el arroz, no pueden, según R. Ford Denison, un ecologista de cultivos de la Universidad de Minnesota.

¿Por qué hay contaminación de nitrógeno?

Debido a que los cultivos no pueden convertir el nitrógeno en el aire a una forma que puedan usar, los agricultores deben proporcionarles nitrógeno fijo en forma de fertilizante. A principios del siglo XX, el científico alemán Fritz Haber desarrolló lo que se conoce como el proceso Haber-Bosch para convertir el nitrógeno atmosférico en amoníaco, la base del fertilizante sintético que ahora alimenta a casi la mitad del mundo. "Sin la capacidad de producir fertilizantes sintéticos, no podríamos producir suficientes alimentos para la población actual", dijo Bennett.

El problema es que es difícil para los agricultores estimar exactamente cuánto fertilizante se necesita, lo que lleva a un uso excesivo y desperdicio. Alrededor del 57 por ciento del nitrógeno en los fertilizantes termina contaminando el medio ambiente, dijo Xin Zhang, un científico ambiental del Centro de Ciencias Ambientales de la Universidad de Maryland.

Esta afluencia trastorna el ciclo del nitrógeno natural de la Tierra. Normalmente, el nitrógeno se recicla de nuevo en el suelo. El nitrógeno en las plantas, por ejemplo, está en una forma utilizable, de modo que cuando dejan caer hojas, semillas o simplemente mueren, el nitrógeno regresa al suelo para que lo usen otras plantas. Los animales también devuelven nitrógeno utilizable al suelo a través de la orina y las heces. "La clave es que nadie estaba tomando nitrógeno lejos", dijo Denison a WordsSideKick.com.

Cuando los cultivos se envían a todo el mundo, el nitrógeno no se recicla, lo que obliga a los agricultores a reponerlo con fertilizante.

¿Cual es el problema?

En un análisis realizado en 2009 en la revista Nature sobre los principales problemas ambientales del mundo, los investigadores encontraron que la contaminación con nitrógeno ya ha pasado el punto en el que puede tener consecuencias devastadoras. Los otros dos problemas en los que el planeta había excedido ese umbral fueron el cambio climático y la pérdida de biodiversidad, según el análisis.

En los EE. UU., Por ejemplo, el exceso de nitrógeno de los fertilizantes termina en los ríos y vías fluviales, drenando hacia el Golfo de México. Las algas se acumulan en el nitrógeno, proliferando como la proliferación de algas. Pero cuando las algas mueren, las bacterias que causan la descomposición absorben todo el oxígeno en el agua, creando las llamadas zonas muertas que matan la vida marina. La Asociación Nacional Oceánica y Atmosférica estimó que la zona muerta en el Golfo de México abarcaba un área del tamaño de Nueva Jersey.

Los nitratos también pueden filtrarse en el suministro de agua a niveles tóxicos. Se puede liberar algo de nitrógeno en el aire como óxido nitroso (dos moléculas de nitrógeno unidas a una molécula de oxígeno), que agota la capa de ozono y es un gas de efecto invernadero que causa el calentamiento global, dijo Zhang.

La producción de fertilizante en sí es también un proceso que consume mucha energía y produce gases de efecto invernadero. El fertilizante es caro, y gastarlo puede costar miles de millones de dólares en todo el mundo, según David Zilberman, un economista agrícola de la Universidad de California, Berkeley.

Con el pronóstico de los Estados Unidos de que la población se acercará a los 10 mil millones para 2050, la demanda de alimentos y nitrógeno solo se intensificará.

¿Puede este maíz baboso venir al rescate?

El limo en el maíz mexicano Sierra Mixe, que los científicos describieron en un nuevo estudio publicado en PLOS Biology el 7 de agosto, alimenta a una comunidad de bacterias que fijan el nitrógeno en el aire. Aunque este maíz cubierto de moco tiene algunos científicos entusiasmados, probablemente no resolverá nada de inmediato."Este maíz es, por supuesto, muy productivo para la comunidad en que se cultiva, pero no es directamente aplicable a los sistemas convencionales de producción de maíz", dijo Bennett. Por un lado, se requieren ocho meses para madurar, mucho más que los tres meses de maíz convencional.

Los investigadores midieron que el maíz se fijó de 29 por ciento a 82 por ciento de su propio nitrógeno. Pero esa cantidad es insignificante en comparación con lo que los agricultores requieren para sus campos, dijo Denison.

Sin embargo, estudiarlo podría ayudar a los investigadores a diseñar o producir maíz fijador de nitrógeno, ya sea solo o con la ayuda de bacterias, que pueden alimentar al mundo. Los desafíos son, sin embargo, inmensos, dijo Denison.

Para reparar el nitrógeno, las bacterias necesitan mucha energía, lo que requiere oxígeno. Pero el oxígeno descompone la enzima de la que dependen los microbios para fijar nitrógeno. Las leguminosas resuelven el problema al albergar las bacterias dentro de los nódulos en las raíces, donde la planta puede controlar la cantidad de oxígeno que reciben los microbios. Diseñar o desarrollar esta capacidad en el maíz es un gran desafío. "No veo ninguna posibilidad de que eso suceda en mi vida", dijo Denison.

Bennett es mucho más optimista. Compañías de biotecnología, corporaciones agrícolas, nuevas empresas e incluso la Fundación Gates han invertido recursos en el desarrollo de cultivos fijadores de nitrógeno. "Estoy bastante seguro de que todos estos enfoques convergerán de alguna manera dentro de cinco o 10 años", dijo. "Es probable que veamos un nivel significativo de fijación de nitrógeno en los cultivos convencionales de maíz".

Si esa tecnología llega a pasar, y funciona también para otros cultivos, los beneficios serían enormes. Los agricultores más pobres que no pueden pagar los fertilizantes, como los del sur de África, podrían aumentar sus rendimientos en una suma de $ 2.5 mil millones a $ 7.2 mil millones, dijo Zilberman. En el caso más optimista, dijo, la adopción total podría llevar a un ahorro de costos de $ 17 mil millones a $ 70 mil millones en todo el mundo.

"Esta tecnología será revolucionaria", dijo. "Será bueno para los agricultores, será bueno para los consumidores y será bueno para el medio ambiente".

Mientras tanto, los agricultores pueden adoptar estrategias para entregar fertilizantes solo cuando y donde sea realmente necesario. Como parte de lo que se llama agricultura de precisión, las nuevas tecnologías como sensores y drones están ayudando a los agricultores a ser más eficientes, dijo Zhang.

Publicado originalmente en Ciencia viva.


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