Empieza la carrera por cultivar agua de mar y alimentar a millones

Con la disminución de la calidad de la tierra cultivable y la aparición de agua de mar en tierras agrícolas fértiles, los investigadores están tratando de encontrar una manera de hacer que los cultivos crezcan en agua de mar.

En diciembre de 2015, cuando los representantes de los estados miembros de las Naciones Unidas finalizaron lo que se convertiría en el Acuerdo de París sobre el Cambio Climático, Duncan Cameron se paró frente a una multitud de delegados y les advirtió de una catástrofe ambiental justo debajo de sus pies.

Cameron, biólogo de suelos y codirector del Instituto de Alimentos Sostenibles de la Universidad de Sheffield, supo durante mucho tiempo que la cantidad de tierra de cultivo capaz de producir cultivos ricos en nutrientes estaba disminuyendo, pero no sabía qué tan rápido. Durante el año anterior, el equipo de Cameron analizó los datos faltantes disponibles sobre la pérdida de tierras cultivables y lo que encontraron fue perturbador: en las últimas cuatro décadas, el mundo ha perdido hasta un tercio de su tierra cultivable debido a la degradación del suelo y la erosión resultante. Sin alternativas, los sistemas agrícolas ya frágiles están al borde del colapso, lo que aumenta la perspectiva de un mundo lleno de granjas que no pueden producir suficientes alimentos.

«Es una cantidad aterradora», dice Cameron. «Hemos escuchado que podemos resolver muchos de estos problemas en términos de inseguridad alimentaria desperdiciando menos y volviéndonos más eficientes, pero eso no nos dará todo lo que necesitamos». Ahora, un grupo emergente de nuevas empresas e investigadores está convencido de que las respuestas a la inminente crisis alimentaria pueden no estar en tierra en absoluto; en cambio, miran al océano y alimentan a las poblaciones futuras con cultivos cultivados en granjas flotantes y alimentados con agua de mar.

Estas ambiciosas iniciativas abordan un espinoso lío de problemas ambientales y humanitarios (agua dulce y sin tierra, hambre mundial, seguridad de los cultivos y la enorme huella de carbono de la agricultura, entre otros), pero los desafíos científicos y logísticos que enfrentan son enormes. En un campo donde hay pocas respuestas fáciles, surge un problema por encima de todos los demás: ¿qué hacemos con toda la sal?

Los científicos y los agricultores del suelo han estado en guerra con la sal durante décadas. A medida que aumenta el nivel del mar, los niveles de sal se filtran a los ríos y acuíferos subterráneos que riegan los campos, especialmente en las áreas bajas cercanas a los grandes deltas de los ríos. En todo el mundo, las tierras agrícolas se están secando, lo que aumenta los niveles de sal e interfiere con la absorción de nutrientes y daña los tejidos. El exceso de sal causa pérdidas masivas de cultivos en todo el mundo, alrededor de 21.7 mil millones de libras cada año, y se espera que aumente a medida que factores como el aumento del nivel del mar y los eventos climáticos de mayor intensidad causados ​​por el cambio climático empujen el agua del océano hacia las tierras agrícolas, afectando a las comunidades costeras más pobres. lo más difícil. .

Una vez allí, la sal requiere que se eliminen recursos significativos del suelo (los métodos más comunes involucran grandes cantidades de agua dulce, que ya son raras para unos cuatro mil millones de personas en todo el mundo), lo que envía a los investigadores a una carrera a largo plazo para encontrar cultivos básicos que puedan crecen a pesar del constante aumento de la salinidad. Varios países, incluidos China, India, los Países Bajos y los Emiratos Árabes Unidos, han desarrollado variedades de cultivos que pueden soportar una cierta salinidad del suelo, pero la verdadera ballena blanca es un cultivo básico que puede prosperar independientemente de la cantidad de agua de mar. ella.

«En principio, podría hacerse, pero es complicado», dice Exequiel Ezcurra, ecólogo de plantas de la Universidad de California, Riverside, que estudia los ecosistemas desérticos y oceánicos. Ezcurra dice que la creación de cultivos tolerantes al agua de mar requeriría al menos uno, y posiblemente ambos, de los mecanismos biológicos básicos, como las plantas, como los manglares negros, que se han adaptado para sobrevivir en el agua salada. Un mecanismo es la filtración de agua dulce hacia las raíces, que para los cultivos básicos requeriría un cambio fundamental en el tejido dérmico de la raíz para mantener la sal fuera. El otro son las glándulas foliares especializadas que excretan sal cuando la planta bombea agua de mar a través de su sistema.

Cambiar un cultivo básico para que tenga cualquier mecanismo es un desafío tan grande que muchos investigadores apuntan a obtener ganancias mucho más modestas en la tolerancia a la sal y todavía no están luchando por cultivos que crecen en agua de mar pura. Los cultivadores de plantas han estado trabajando en cultivos resistentes a la sal durante décadas, pero el arroz, un cultivo notoriamente sensible a la salinidad, no puede hacer frente ni siquiera a las variedades más resistentes a la sal. «No digo que nadie pueda hacerlo. Probablemente alguien lo hará en algún momento ”, dice Ezcurra. «Nunca vi una patente ni nadie que pudiera hacer eso» ahora.

Luke Young y Rory Hornby presentaron una patente provisional en febrero para una tecnología que creen que romperá la barrera de tolerancia al agua de mar. Young y Hornby son cofundadores de Agrisea, una empresa canadiense que trabaja para desarrollar cultivos tolerantes a la sal modificados genéticamente, con el objetivo de cultivarlos pronto en granjas flotantes ubicadas en llanuras inundadas junto al mar o ancladas directamente en el océano.

El método propuesto por Agrisea implica primero aislar células madre de cultivos como el arroz y luego utilizar la tecnología de edición de genes CRISPR para insertar una secuencia de ADN especializada en la planta. La secuencia se dirige a uno de los ocho genes diferentes, cada uno elegido porque el único lugar en la naturaleza donde los ocho están «activados» es en las plantas que tienen una tolerancia adaptada naturalmente al agua salada. La secuencia cambia la forma en que se expresa el gen, luego las células madre se cultivan en una planta completa que produce sus propias semillas armadas con el gen recién editado. Siga el mismo proceso para editar los siete genes restantes, y el equipo de Agrisea dice que tendrá una planta que puede crecer en el mar salado sin fertilizantes, agua dulce o pesticidas.

Muchos investigadores han editado genes individuales para la tolerancia a la sal, pero editar una red genética es un enfoque que, según Young y Hornby, es exclusivo de Agrisea. Pero aún no he llegado a la meta. Hasta la fecha, Young y Hornby están trabajando para cultivar plantas de arroz en agua con un tercio de la salinidad del agua de mar y planean tener pequeñas granjas flotando en las costas de Kenia y la isla de Gran Bahama para fin de año. Young dice que confía en que el proceso funcionará porque estrategias similares se han utilizado en el pasado para modificar genes de plantas para otros rasgos y “como no prueban nada, copio algo. Copio lo que la naturaleza ya ha logrado hacer. «

Julia Bailey-Serres, directora del Centro de Biología de Células Vegetales de la Universidad de California, Riverside, estudia la resistencia de los cultivos y la fisiología molecular del arroz. Ella dice que los investigadores editan rutinariamente las plantas para eliminar la función de un gen, pero la edición de una manera que modifique aminoácidos específicos, que probablemente serían necesarios para cultivar cultivos en el océano, solo ha sido realizada por unos pocos investigadores en todo el mundo. a efectos de tolerancia a la sal. Este tipo de edición más granular será más factible en el futuro, dice, «pero no sé si se llevará a cabo en dos o diez años».

Bailey-Serres agrega que estaría encantada de que Agrisea tenga éxito y que cualquier tolerancia que crezca más allá de un tercio de la salinidad del océano sería una gran ganancia en lugares como Vietnam y Bangladesh, donde los arrozales son bombardeados con agua de mar.

El enfoque de Agrisea sobre el déficit de tierras cultivables se basa en resolver el problema de la tolerancia a la sal, pero otros equipos optan por evitar el problema por completo. Las granjas flotantes que reducen la demanda de tierras cultivables han sido durante mucho tiempo la clave para la supervivencia en muchas naciones no occidentales. Estos cultivos crecen en cuerpos de agua dulce, como el lago Inle en Myanmar, del que los lugareños dependían para alimentarse, probablemente ya en el siglo XIX, en lechos flotantes que giran a lo largo de la superficie a medida que avanzan. Las granjas flotantes también han ganado interés en las ciudades occidentales. En los últimos años, grupos de investigación y estudios de arquitectura de Reino Unido, España e Italia, entre otros, han elaborado modelos de granjas verticales flotantes e invernaderos que aspiran agua de mar del exterior y la desalan para alimentar cultivos hidropónicos de interior.

Estos proyectos empujan las culturas al océano, pero la estrategia de Yanik Nyberg es traer el océano. En lugar de crear un nuevo espacio para cultivos en alta mar, Seawater Solutions de Nyberg, con sede en Nyberg, toma tierras de cultivo costeras degradadas, las siembra con plantas naturalmente tolerantes como el samphire y el destello de mar, y luego inunda el área con la eliminación de represas o bombeo de agua hacia el océano para crear una marisma artificial. En este nuevo ecosistema de humedales, los cultivos crecen sin fertilizantes, pesticidas ni agua dulce. También mantienen el suelo en su lugar, evitando la erosión, y se alimentan de nitratos y carbono, los cuales se acumulan en exceso en las aguas cercanas a las poblaciones humanas debido a factores como la escorrentía agrícola y las emisiones de CO2. Un sistema de riego con energía solar recicla el agua remediada a su fuente original.

Seawater Solutions actualmente opera seis granjas pantanosas en Escocia y un puñado de países en desarrollo, incluida una iniciativa incipiente para crear una granja pantanosa en medio del desierto de Malawi mediante la explotación de acuíferos subterráneos de agua salada. Estos proyectos son pequeños, la mayoría de alrededor de 10.000 metros cuadrados, y se limitan a los mercados mundiales de alimentos, que son mucho más pequeños que los de los cultivos básicos.

Duncan Cameron dice que no hay una respuesta correcta. Desde las conversaciones sobre el clima de París de 2015, el equipo de Cameron ha atacado la pérdida de tierras cultivables desde una variedad de ángulos, incluido el monitoreo de los nutrientes del suelo, la previsión del impacto agrícola de los espacios verdes urbanos y la construcción de un invernadero hidropónico a base de agua en Omán. el océano. Abordar la escasez de tierras cultivables requerirá nuevos enfoques, centrados en dar al suelo cansado del mundo un descanso tan necesario. «Tenemos que soportar algo de presión», dice.

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