Por qué necesitaremos alimentos modificados genéticamente

Los signos del tizón tardío aparecen de repente, pero como era de esperar, en Irlanda tan pronto como el clima de verano se vuelve húmedo, las esporas del patógeno vegetal parecido a un hongo flotan a través de los campos verdes abiertos y aterrizan en las hojas húmedas de las plantas de papa. Este año empezó a llover a principios de agosto. En varias semanas, el tizón tardío había atacado una pequeña parcela de patatas en la esquina de la ordenada cuadrícula de plantaciones de prueba en la sede de Teagasc, la agencia agrícola de Irlanda, en Carlow.

Ahora ha pasado más de un mes desde que se plantaron las patatas por primera vez y todavía quedan unas semanas antes de que se recoja la cosecha. Una gran casa de campo, que alberga las operaciones de Teagasc, da a las pruebas de campo, y burócratas irlandeses y de la UE bien vestidos entran y salen. Gran parte del extenso edificio se construyó en el siglo XIX, durante la peor de las hambrunas que se desencadenaron cuando la plaga devastó la cosecha de patatas de Irlanda. Esas hambrunas quedaron en el pasado, pero la enfermedad de las plantas sigue siendo un costoso tormento para los agricultores del país, que les obliga a rociar sus cultivos con frecuencia con fungicidas. Como parte de un proyecto a nivel de la UE llamado Amiga para estudiar el impacto de las plantas genéticamente modificadas (GM), el investigador de Teagasc, Ewen Mullins, está probando papas que están diseñadas para resistir el tizón. (Vea un video de Mullins y papas transgénicas en Irlanda al final de esta página o aquí).

Esta historia fue parte de nuestro número de enero de 2014

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Hace brisa y, aunque el verano ha terminado, todavía es cálido y húmedo. Clima perfecto para la plaga, dice Mullins. Inclinándose sobre las plantas cultivadas convencionalmente, tira firmemente hacia atrás los tallos marchitos y las hojas para mostrar que los tubérculos, medio expuestos en el suelo, están marcados con manchas negras. Luego recoge una hoja verde de una de las plantas modificadas genéticamente, que han sido modificadas con un gen resistente al tizón de una papa silvestre que crece en América del Sur. Las defensas de la planta de la papa han combatido las esporas, volviéndolas inofensivas. La planta, dice simplemente Mullins, ha funcionado bien.

Es el segundo año de lo que están programadas para ser pruebas de campo de tres años. Pero incluso si los resultados del próximo año son igualmente alentadores, Teagasc no tiene la intención de dar acceso a los agricultores a la planta, que fue desarrollada por investigadores de la Universidad de Wageningen en los Países Bajos. Estos cultivos transgénicos siguen siendo controvertidos en Europa, y solo dos están aprobados para plantar en la UE. Aunque Mullins y sus colegas están ansiosos por saber cómo afecta el tizón a las papas transgénicas y si las plantas afectarán a los microbios del suelo, distribuir la planta modificada en Irlanda no es, al menos por ahora, un principio.

Sin embargo, los campos de Carlow presentan una imagen tentadora de cómo los cultivos modificados genéticamente podrían ayudar a proteger el suministro de alimentos del mundo. Las patatas resistentes al tizón serían uno de los primeros alimentos importantes modificados genéticamente para incorporar defensas contra las enfermedades de las plantas, que anualmente destruyen alrededor del 15 por ciento de la cosecha agrícola mundial. A pesar del uso intensivo de fungicidas, el tizón tardío y otras enfermedades de las plantas arruinan aproximadamente una quinta parte de las papas del mundo, un alimento que se cultiva cada vez más en China y la India. La roya del tallo, una enfermedad fúngica del trigo, se ha extendido por gran parte de África y la Península Arábiga y ahora amenaza a las vastas regiones productoras de Asia central y meridional, que producen alrededor del 20 por ciento del trigo del mundo. Los plátanos, que son una fuente primaria de alimentos en países como Uganda, a menudo son destruidos por la enfermedad del marchitamiento. En todos estos casos, la ingeniería genética tiene el potencial de crear variedades que son mucho más capaces de resistir el embate.

Las patatas transgénicas también podrían dar lugar a una nueva generación de alimentos biotecnológicos vendidos directamente a los consumidores. Aunque el maíz, la soja y el algodón transgénicos, en su mayoría diseñados para resistir insectos y herbicidas, se han plantado ampliamente desde finales de la década de 1990 en los Estados Unidos y en algunos otros grandes países agrícolas, incluidos Brasil y Canadá, los cultivos de maíz y soja van principalmente en piensos, biocombustibles y aceites de cocina. No se cultivan ampliamente variedades de arroz, trigo o papas genéticamente modificadas, porque la oposición a tales alimentos ha desalentado la inversión en su desarrollo y porque las empresas de semillas no han encontrado formas de ganar la cantidad de dinero en esos cultivos que obtienen de los alimentos genéticamente modificados. maíz y soja.

La sequía, las tormentas dañinas y los días muy calurosos ya están afectando el rendimiento de los cultivos.

Sin embargo, dado que se espera que la población mundial alcance más de nueve mil millones para 2050, el mundo pronto podría estar hambriento de tales variedades. Aunque la productividad agrícola ha mejorado drásticamente en los últimos 50 años, los economistas temen que estas mejoras hayan comenzado a decaer en un momento en que se espera que la demanda de alimentos, impulsada por el mayor número de personas y el creciente apetito de las poblaciones más ricas, aumente entre los 70 y los 70 años. 100 por ciento a mediados de siglo. En particular, los rápidos aumentos en los rendimientos de arroz y trigo que ayudaron a alimentar al mundo durante décadas están mostrando signos de desaceleración, y la producción de cereales deberá duplicarse en más de 2050 para mantenerse al día. Si la tendencia continúa, la producción podría ser insuficiente para satisfacer la demanda a menos que comencemos a usar significativamente más tierra, fertilizantes y agua.

Es probable que el cambio climático empeore el problema, provocando temperaturas más altas y, en muchas regiones, condiciones más húmedas que propaguen las infestaciones de enfermedades e insectos a nuevas áreas. La sequía, las tormentas dañinas y los días muy calurosos ya están afectando el rendimiento de los cultivos, y se espera que la frecuencia de estos eventos aumente drásticamente a medida que el clima se calienta. Para los agricultores, los efectos del cambio climático se pueden expresar de manera simple: el clima se ha vuelto mucho más impredecible y el clima extremo se ha vuelto mucho más común.

Las tierras altas centrales de México, por ejemplo, experimentaron sus años más secos y húmedos registrados en 2011 y 2012, dice Matthew Reynolds, fisiólogo del trigo en el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo en El Batán. Tal variación es preocupante y muy mala para la agricultura, dice. Es extremadamente desafiante criarlo. Si tiene un clima relativamente estable, puede cultivar cultivos con características genéticas que sigan un cierto perfil de temperaturas y precipitaciones. Tan pronto como entras en un estado de cambio, es mucho más difícil saber a qué rasgos apuntar.

Una ventaja de utilizar la ingeniería genética para ayudar a los cultivos a adaptarse a estos cambios repentinos es que se pueden crear nuevas variedades rápidamente. Crear una variedad de papa mediante el mejoramiento convencional, por ejemplo, lleva al menos 15 años; producir uno modificado genéticamente lleva menos de seis meses. La modificación genética también permite a los fitomejoradores realizar cambios más precisos y extraer de una variedad mucho mayor de genes, obtenidos de los parientes silvestres de las plantas o de diferentes tipos de organismos. Los científicos de plantas tienen cuidado de notar que no se puede insertar ningún gen mágico en un cultivo para hacerlo tolerante a la sequía o para aumentar su rendimiento; incluso la resistencia a una enfermedad generalmente requiere múltiples cambios genéticos. Pero muchos de ellos dicen que la ingeniería genética es una técnica versátil y esencial.

Es algo sumamente lógico, dice Jonathan Jones, científico del Laboratorio Sainsbury en el Reino Unido y uno de los principales expertos mundiales en enfermedades de las plantas. Las próximas presiones sobre la producción agrícola, dice, [son] reales y afectarán a millones de personas en los países pobres. Añade que sería perverso desdeñar el uso de la modificación genética como herramienta.

Es una opinión que comparten ampliamente los responsables del desarrollo de las variedades de cultivos del mañana. En el nivel actual de producción agrícola, hay suficiente comida para alimentar al mundo, dice Eduardo Blumwald, científico de plantas de la Universidad de California, Davis. ¿Pero cuando la población alcance los nueve mil millones? él dice. De ninguna manera Jose.

Promesas fallidas

La promesa de que los cultivos modificados genéticamente podrían ayudar a alimentar al mundo es al menos tan antigua como la comercialización de las primeras semillas transgénicas a mediados de la década de 1990. Las corporaciones que ayudaron a convertir los cultivos transgénicos en un negocio multimillonario, incluidas las grandes empresas químicas Monsanto, Bayer y DuPont, promovieron la tecnología como parte de una revolución de las ciencias de la vida que aumentaría enormemente la producción de alimentos. Hasta ahora, por varias razones, resultó ser una promesa algo vacía.

Sin duda, los cultivos de bioingeniería son un gran éxito comercial en algunos países. La idea es simple pero convincente: insertando un gen extraño derivado de, digamos, bacterias en el maíz, puede darle a la planta un rasgo que de otra manera no poseería. Las encuestas estiman que más de 170 millones de hectáreas de tales cultivos transgénicos se cultivan en todo el mundo. En los Estados Unidos, la mayoría del maíz, la soja y el algodón sembrados se han modificado con un gen de la bacteria del suelo. Bacillus thuringensis —Bt — para protegerse de insectos o con otro gen bacteriano para resistir herbicidas. En todo el mundo, el 81 por ciento de la soja y el 35 por ciento del maíz cultivado son variedades biotecnológicas. En India, el algodón Bt fue aprobado hace más de una década y ahora representa el 96 por ciento del algodón cultivado en el país.

Sin embargo, no está claro si ese auge de los cultivos transgénicos ha provocado un aumento de la producción de alimentos o una reducción de los precios para los consumidores. Tomemos el maíz, por ejemplo. En los Estados Unidos, el 76 por ciento de la cosecha está genéticamente modificada para resistir insectos, y el 85 por ciento puede tolerar ser rociado con un herbicida. Podría decirse que ese maíz ha sido de gran ayuda para los agricultores, reduciendo el uso de pesticidas y aumentando los rendimientos. Pero una pequeña parte de la producción de maíz de los Estados Unidos se utiliza directamente para la alimentación humana; alrededor del 4 por ciento se destina al jarabe de maíz con alto contenido de fructosa y el 1,8 por ciento a los cereales y otros alimentos. El maíz y la soja modificados genéticamente son tan rentables que los agricultores estadounidenses han comenzado a sustituirlos por trigo: en 2012 se plantaron alrededor de 56 millones de acres de trigo, frente a los 62 millones de 2000. A medida que la oferta cayó, el precio de un bushel de trigo subió a casi $ 8 en 2012, desde $ 2,50 en 2000.

Hasta ahora, la lista corta de cultivos transgénicos utilizados directamente para la alimentación incluye papaya resistente a virus cultivada en Hawái, maíz dulce Bt comercializado recientemente en Estados Unidos por Monsanto y algunas variedades de calabaza que resisten virus de plantas. Sin embargo, esa lista podría estar a punto de crecer. La agencia agrícola de Indonesia espera aprobar pronto una papa resistente al tizón, y JR Simplot, un proveedor agrícola con sede en Boise, Idaho, espera comercializar su propia versión para 2017. Monsanto, que abandonó un intento de desarrollar trigo transgénico en 2004, compró una empresa de semillas de trigo en 2009 y ahora lo está intentando de nuevo. Y los investigadores de Cornell están trabajando con colaboradores en India, Bangladesh y Filipinas, países donde la berenjena es un alimento básico, para poner a disposición de los agricultores una forma de la verdura resistente a los insectos.

Solo un puñado de grandes empresas puede afrontar el riesgo y el gasto de comercializar OMG.

Estas versiones de bioingeniería de algunos de los cultivos alimentarios más importantes del mundo podrían ayudar a cumplir las esperanzas iniciales de los organismos modificados genéticamente o transgénicos. Pero es casi seguro que también calentarán el debate sobre la tecnología. A los oponentes les preocupa que la inserción de genes extraños en los cultivos pueda hacer que los alimentos sean peligrosos o alergénicos, aunque más de 15 años de experiencia con cultivos transgénicos no han revelado ningún peligro para la salud, ni tampoco una serie de estudios científicos. De manera más creíble, los detractores sugieren que la tecnología es una estratagema de corporaciones gigantes, particularmente Monsanto, para vender más herbicidas, dominar la cadena de suministro agrícola y dejar a los agricultores dependientes de semillas transgénicas de alto precio. Sin embargo, la crítica más persuasiva puede ser simplemente que los cultivos transgénicos existentes han hecho poco para garantizar el futuro del suministro de alimentos del mundo frente al cambio climático y al crecimiento de la población.

La primera generación de cultivos resistentes a los insectos y a los herbicidas ofrece pocas características nuevas, como la tolerancia a la sequía y la resistencia a las enfermedades, que podrían ayudar a las plantas a adaptarse a los cambios en el clima y los patrones de enfermedades, reconoce Margaret Smith, profesora de fitomejoramiento y genética. en la Universidad de Cornell. No obstante, dice que no hay ninguna razón válida para descartar la tecnología mientras los científicos de plantas se apresuran a aumentar la productividad de los cultivos. Los científicos se enfrentan a un desafío de reproducción abrumador, dice Smith. Necesitaremos una segunda generación de cultivos transgénicos. Sería un error descartar esta herramienta porque los primeros productos no abordaron los grandes problemas.

Desarrollar cultivos que sean más capaces de resistir el cambio climático no será fácil. Requerirá que los científicos de plantas diseñen rasgos complejos que involucren múltiples genes. La resistencia duradera a las enfermedades generalmente requiere una serie de cambios genéticos y un conocimiento detallado de cómo los patógenos atacan la planta. Rasgos como la tolerancia a la sequía y al calor son aún más difíciles, ya que pueden requerir cambios básicos en la fisiología de la planta.

¿Está la ingeniería genética a la altura? Nadie sabe. Pero los avances genómicos recientes son alentadores. Los científicos han secuenciado los genomas de cultivos como arroz, patatas, plátanos y trigo. Al mismo tiempo, los avances en biología molecular significan que los genes se pueden eliminar, modificar e insertar con mucha mayor precisión. En particular, las nuevas herramientas de ingeniería del genoma conocidas como Talens y Crispr permiten a los genetistas editar el ADN de las plantas, cambiando los cromosomas exactamente donde quieren.

Ediciones exactas

El taller adyacente a las hileras de invernaderos en el borde del campus de Cornell en Ithaca, Nueva York, huele a moho y a humedad de las cajas de papas. Está a menos de una milla de los laboratorios de biología molecular de la universidad, pero lo que ves son cintas transportadoras de madera, mallas de alambre y mangueras de agua. Walter De Jong está clasificando y calibrando las papas cosechadas como parte de un esfuerzo de varios años para encontrar una variedad aún mejor para los productores de la región. Las cajas están llenas de patatas, algunas pequeñas y redondas, otras grandes y deformes. Cuando se le pregunta qué rasgos son importantes para los consumidores, sonríe con picardía y dice: 'Se ve, se ve, se ve'.

La pregunta de cómo se siente sobre los esfuerzos para desarrollar papas transgénicas no es tan fácil de responder. No es que De Jong se oponga a la ingeniería genética. Como criador de patatas, conoce bien los métodos convencionales de introducción de nuevos rasgos, pero también tiene un doctorado en patología vegetal y ha realizado una investigación considerable en biología molecular; conoce las oportunidades que abre la genética avanzada. En el noreste de los Estados Unidos, se optimiza una variedad de papa para un radio de aproximadamente 500 millas, teniendo en cuenta la duración de la temporada de crecimiento y el tipo de clima en el área. El cambio climático significa que estas zonas de cultivo están cambiando, lo que hace que el mejoramiento de cultivos sea como resolver un rompecabezas en el que las piezas se mueven. La velocidad que ofrece la modificación genética ayudaría. Pero, dice De Jong con desdén, no espero usar tecnología [transgénica]. No me lo puedo permitir.

El cultivo de papas transgénicas en Teagasc comienza con una plántula transgénica cultivada en un cultivo de tejidos (1); se traslada a un invernadero (2) y eventualmente a ensayos de campo (3). Los tubérculos recolectados parecen sanos y libres de tizón (4).

Es una situación curiosa, dice. Los científicos de instituciones de investigación públicas y académicas han realizado gran parte del trabajo para identificar genes y comprender cómo pueden afectar los rasgos de las plantas. Pero los largos procesos regulatorios y de prueba para los cultivos genéticamente modificados, y el peligro de que los consumidores los rechacen, significan que solo un puñado de grandes empresas pueden afrontar el gasto y el riesgo de desarrollarlos, dice.

Pero De Jong de repente se anima cuando se le pregunta acerca de las herramientas de ingeniería del genoma más nuevas. Esto es lo que he estado esperando toda mi carrera, dice levantando las manos. Siempre que he sido un científico de la papa, he querido dos cosas: un genoma de papa secuenciado y la capacidad de modificar el genoma a voluntad. Al otro lado del campus, De Jong también dirige un laboratorio de biología molecular, donde ha identificado la secuencia de ADN responsable del pigmento rojo en los tubérculos de papa. Pronto, podría ser posible alterar con precisión esa secuencia en una célula de papa que luego se puede convertir en una planta: si tuviera una papa blanca y quisiera ponerme roja, podría editar uno o dos nucleótidos y obtener el color que quiero. . El fitomejoramiento no es el arte de mezclar genes, explica De Jong. Básicamente, todas las patatas tienen los mismos genes; lo que tienen son diferentes versiones de los genes: alelos. Y los alelos se diferencian entre sí en unos pocos nucleótidos. Si puedo editar los pocos nucleótidos, ¿por qué buscar [un rasgo]? Ha sido el santo grial de la genética vegetal durante mucho tiempo.

Un problema con las técnicas de ingeniería genética convencionales es que agregan genes de manera impredecible. El gen deseado se inserta en la célula objetivo en una placa de Petri utilizando una bacteria vegetal o una pistola de genes que dispara físicamente una pequeña partícula cubierta con el ADN. Una vez que las moléculas están en la célula, el nuevo gen se inserta en el cromosoma al azar. (La célula transformada se hace crecer en un cultivo de tejidos para convertirse en una plántula y, finalmente, en una planta). Es imposible controlar dónde se agrega el gen; a veces termina en un lugar donde se puede expresar de manera eficaz, y otras veces no. ¿Qué pasaría si pudiera apuntar con precisión puntos en el cromosoma de la planta y agregar nuevos genes exactamente donde los desea, eliminar los existentes o modificar genes cambiando algunos nucleótidos específicos? Las nuevas herramientas permiten a los científicos hacer precisamente eso.

Talens, una de las herramientas de ingeniería del genoma más prometedoras, se inspiró en un mecanismo utilizado por una bacteria que infecta a las plantas. Los fitopatólogos identificaron las proteínas que permiten a la bacteria identificar el ADN de la planta diana y encontraron formas de diseñar estas proteínas para reconocer cualquier secuencia deseada; luego fusionaron estas proteínas con nucleasas que cortan el ADN, creando una herramienta de edición precisa. Se utiliza una bacteria vegetal o una pistola genética para introducir la herramienta en la célula vegetal; una vez dentro, las proteínas se concentran en una secuencia de ADN específica. Las proteínas transportan las nucleasas a un lugar exacto del cromosoma, donde escinden el ADN de la planta. La reparación del cromosoma roto permite la inserción de nuevos genes o la realización de otros tipos de modificaciones. Crispr, una versión aún más nueva de la tecnología, usa ARN para concentrarse en los genes objetivo. Con Talens y Crispr, los biólogos moleculares pueden modificar incluso unos pocos nucleótidos o insertar y eliminar un gen exactamente donde quieran en el cromosoma, haciendo que el cambio sea mucho más predecible y efectivo.

Una implicación de las nuevas herramientas es que las plantas pueden modificarse genéticamente sin la adición de genes extraños. Aunque es demasiado pronto para decir si eso cambiará el debate público sobre los OGM, las agencias reguladoras, al menos en los Estados Unidos, indican que los cultivos modificados sin genes extraños no tendrán que ser examinados tan a fondo como los cultivos transgénicos. Eso podría reducir en gran medida el tiempo y los gastos necesarios para comercializar nuevas variedades de alimentos transgénicos. Y es posible que los críticos de la biotecnología puedan hacer una distinción similar, tolerando cultivos modificados genéticamente siempre que no sean transgénicos.

Dan Voytas, director del centro de ingeniería del genoma de la Universidad de Minnesota y uno de los inventores de Talens, dice que una de sus principales motivaciones es la necesidad de alimentar a otros dos mil millones de personas para mediados de siglo. En uno de sus esfuerzos más ambiciosos, centrado en el Instituto Internacional de Investigación del Arroz en Los Baños, Filipinas, está colaborando con una red mundial de investigadores para reescribir la fisiología del arroz. El arroz y el trigo, como otros granos, tienen lo que los botánicos llaman fotosíntesis C3, en lugar de la versión C4 más compleja que tienen el maíz y la caña de azúcar. La versión C4 de la fotosíntesis usa agua y dióxido de carbono de manera mucho más eficiente. Si el proyecto tiene éxito, los rendimientos de arroz y trigo podrían aumentar en regiones que se están volviendo más cálidas y secas como resultado del cambio climático.

Reescribir el funcionamiento central de una planta no es una tarea trivial. Pero Voytas dice que Talens podría ser una herramienta valiosa, tanto para identificar las vías genéticas que podrían modificarse como para realizar los muchos cambios genéticos necesarios.

La presión para ayudar a alimentar a la creciente población en un momento en que el cambio climático está dejando más tierras marginales para la agricultura es la carga que soportan los biólogos de plantas, dice Voytas. Pero es optimista. Durante gran parte de los últimos 50 años, señala, la productividad de los cultivos ha obtenido ganancias repetidas, atribuibles primero al uso de semillas híbridas, luego a las nuevas variedades de plantas introducidas durante la llamada Revolución Verde, e incluso a las primeras plantas transgénicas. . La introducción de las nuevas herramientas de ingeniería del genoma, dice, será otro punto de inflexión.

Si tiene razón, podría ser justo a tiempo.

Ola de calor

Para los agrónomos, los fitomejoradores y los agricultores, todo se trata de rendimiento: la cantidad que produce un cultivo en una hectárea. Los notables aumentos en los rendimientos de los cultivos que comenzaron a mediados del siglo XX son la razón principal por la que tenemos suficientes alimentos para pasar de alimentar a tres mil millones de personas en 1960 a siete mil millones en 2011 con solo un ligero aumento en la cantidad de tierra cultivada. . Quizás lo más famoso es que la Revolución Verde encabezada por el fitopatólogo y genetista Norman Borlaug, nacido en Iowa, aumentó sustancialmente los rendimientos de trigo, maíz y arroz en muchas partes del mundo. Lo hizo, en parte, mediante la introducción de variedades de cultivos más productivos, comenzando en México y luego en Pakistán, India y otros países. Pero durante al menos la última década, los aumentos en los rendimientos de trigo y arroz parecen haberse desacelerado. Los rendimientos de trigo, por ejemplo, están creciendo aproximadamente al 1 por ciento anual; necesitan aumentar casi un 2 por ciento anual para mantenerse al día con la demanda de alimentos a largo plazo. Los expertos agrícolas advierten que los rendimientos también tendrán que mejorar para otros cultivos si queremos alimentar a una población en rápido crecimiento y, sin embargo, el aumento de las temperaturas y otros efectos del cambio climático global harán que esto sea más difícil de lograr.

David Lobell, profesor de ciencias ambientales del sistema terrestre en la Universidad de Stanford, tiene una actitud tranquila que contradice su sombrío mensaje sobre cómo el calentamiento global ya está afectando a los cultivos. Los efectos del cambio climático en la agricultura se han debatido ampliamente, pero recientemente Lobell y sus colaboradores han aclarado las proyecciones revisando los registros históricos del clima y la producción agrícola. Descubrieron que de 1980 a 2008, el cambio climático deprimió los rendimientos de trigo y maíz; los rendimientos aún aumentaron durante ese tiempo, pero la producción total fue de 2 a 3 por ciento menos de lo que hubiera sido si no fuera por el calentamiento global. Esto se ha mantenido en la mayoría de las regiones donde se cultivan maíz y trigo.

El hallazgo es sorprendente porque sugiere que el calentamiento global ya ha tenido un impacto significativo en la producción de alimentos y hará una diferencia aún mayor a medida que se intensifica el cambio climático. Cualquier cosa que haga que el rendimiento [crecimiento] se estabilice es motivo de preocupación, dice Lobell. Y aunque los rendimientos generales de trigo y maíz siguen aumentando, dice, el cambio climático se convierte en una preocupación mucho antes de que haya tendencias negativas en el rendimiento.

Aún más preocupante, Lobell y su colaborador Wolfram Schlenker, un economista de la Universidad de Columbia, han encontrado evidencia de que en el caso de varios cultivos importantes, el efecto negativo del calentamiento global está más fuertemente relacionado con la cantidad de días extremadamente calurosos que con el aumento. en temperaturas medias durante una temporada. Si eso es cierto, investigaciones anteriores podrían haber subestimado severamente el impacto del cambio climático al observar solo las temperaturas promedio.

Los cálculos de Schlenker muestran aumentos constantes en los rendimientos de maíz y soja a medida que la temperatura sube de 10 ° C a 20 ° C, pero a alrededor de 29 ° C para el maíz y 30 ° C para la soja, los cultivos se ven muy afectados y los rendimientos caen drásticamente. En un trabajo posterior, Lobell demostró que los días calurosos estaban causando mucho más daño al trigo en el norte de la India de lo que se pensaba.

Los rendimientos agrícolas tendrán que mejorar si queremos alimentar a una población en rápido crecimiento.

Un detalle sorprendente y preocupante de la investigación, dice Schlenker, es que los cultivos y los agricultores no parecen haberse adaptado al aumento de la frecuencia de los días calurosos. Lo que más me sorprendió y debería informarnos en el futuro, dice, es que ha habido un progreso tremendo en el mejoramiento agrícola (los rendimientos promedio se han multiplicado por más de tres desde la década de 1950), pero si nos fijamos en la sensibilidad al calor extremo, parece ser tan malo como en la década de 1950. Necesitamos tener cultivos que sean mejores para lidiar con los climas cálidos. Durante la ola de calor que afectó a gran parte de los Estados Unidos en 2012, dice, los rendimientos de maíz bajaron un 20 por ciento, y 2012 no es un año tan inusual en comparación con lo que predicen los modelos climáticos será una nueva normalidad muy pronto.

Es posible que las plantas simplemente estén programadas para apagarse a temperaturas superiores a 30 ° C. De hecho, Schlenker dice que no está convencido de que los cultivos se puedan diseñar para adaptarse a la mayor frecuencia de los días calurosos, aunque espera estar equivocado. Del mismo modo, Lobell quiere que su trabajo defina mejor qué aspectos del cambio climático están dañando los cultivos y, por lo tanto, ayude a identificar los cambios genéticos necesarios. Pero, al igual que Schlenker, no está seguro de que la genética pueda proporcionar una gran respuesta.

En el Valle Central de California, una de las áreas agrícolas más productivas del mundo, Blumwald de UC Davis reconoce que los científicos nunca se han preparado para situaciones de estrés como la sequía y el calor. Pero él apunta a cambiar eso. Al insertar una combinación de genes de tolerancia al calor, la sequía y la alta salinidad del suelo en el arroz y otras plantas, Blumwald está creando cultivos que tienen al menos algunas ventajas durante las condiciones climáticas extremas, particularmente durante los momentos clave de su ciclo de crecimiento.

El desafío consiste en evitar reducir los rendimientos en buenas condiciones de cultivo. Entonces Blumwald ha identificado una proteína que activa los genes insertados solo en condiciones adversas. No existe cura para la sequía. Si no hay agua, la planta muere. No soy un mago, dice. Solo queremos retrasar la respuesta al estrés el mayor tiempo posible para mantener los rendimientos hasta que llegue el agua.

Pan de cada dia

Un campo al norte de Londres en los terrenos de Rothamsted Research, que se anuncia como la estación de investigación agrícola más antigua del mundo (fundada en 1843), es uno de los puntos focales de la batalla continua de Europa por los alimentos genéticamente modificados. La controversia aquí es sobre un campo de trigo de 80 por 80 metros, algunos de ellos modificados genéticamente para producir una hormona que repele los pulgones, una plaga común de insectos. En 2012, un manifestante trepó una cerca baja y esparció semillas de trigo convencional entre las plantas transgénicas en un intento de sabotear el juicio. Los científicos de Rothamsted aspiraron las semillas, contrataron a varios guardias de seguridad adicionales y construyeron una segunda cerca, esta de tres metros de altura y rematada con un saliente curvo para evitar que se escale. Más tarde, unos cientos de manifestantes marcharon tomados del brazo hasta el borde del campo vallado antes de que la policía los detuviera.

El alboroto en Rothamsted es solo una pista de que la próxima gran controversia sobre los transgénicos podría involucrar al trigo transgénico. Después de todo, el trigo es el cultivo más plantado del mundo y representa el 21 por ciento de las calorías consumidas a nivel mundial. Entrometerse con un grano que hace el pan de cada día para innumerables millones de personas en todo el mundo sería particularmente ofensivo para muchos oponentes de los alimentos modificados genéticamente. Es más, el trigo es un grano básico que se vende en los mercados mundiales, por lo que la aprobación del trigo transgénico en un país exportador líder probablemente tendría repercusiones en los mercados de alimentos de todo el mundo.

El trigo también es emblemático de las luchas que enfrenta la agricultura, ya que intenta mantenerse al día con una población en crecimiento y un clima cambiante. No solo han comenzado a disminuir las ganancias en el rendimiento, sino que el trigo es particularmente sensible al aumento de las temperaturas y se cultiva en muchas regiones, como Australia, que son propensas a sequías severas. Además, el trigo es vulnerable a una de las enfermedades de las plantas más temidas del mundo: la roya del tallo, que amenaza la franja fértil de Pakistán y el norte de la India conocida como la llanura indogangética. Las técnicas de mejoramiento convencionales han logrado un progreso notable contra estos problemas, produciendo variedades que son cada vez más tolerantes a la sequía y resistentes a las enfermedades. Pero la biotecnología ofrece ventajas que no deben ignorarse.

El cambio climático no cambia [el desafío para los fitomejoradores], pero lo hace mucho más urgente, dice Walter Falcon, subdirector del Centro de Seguridad Alimentaria y Medio Ambiente en Stanford. Falcón fue uno de los soldados de infantería de la Revolución Verde, que trabajó en las regiones productoras de trigo de Pakistán y en el Valle del Yaqui en México. Pero dice que los notables incrementos en la productividad logrados entre 1970 y 1995 se han cumplido en gran medida, y le preocupa si la agricultura intensiva en tecnología en esas regiones se puede sostener. Él dice que el Valle del Yaqui sigue siendo altamente productivo —los recientes rendimientos de siete toneladas de trigo por hectárea te sorprenden— pero el uso intensivo de fertilizantes y agua está empujando los límites de las prácticas actuales. Del mismo modo, Falcon dice que le preocupa cómo el cambio climático afectará la agricultura en la llanura indogangética, hogar de casi mil millones de personas.

Cuando se le pregunta si la tecnología transgénica resolverá alguno de estos problemas, responde: No estoy conteniendo la respiración, citando razones científicas y oposición a los cultivos transgénicos. Pero sí espera avances en tecnologías genéticas durante la próxima década para crear variedades de trigo mejor equipadas para resistir plagas, temperaturas más altas y sequías.

Es muy posible que el primero y más espectacular de los avances se produzca en la adaptación de los cultivos a los patrones cambiantes de las enfermedades. Y como dice Ewen Mullins de Teagasc, si quieres estudiar las enfermedades de las plantas, vienes a Irlanda.

A cien kilómetros de los idílicos campos de Carlow, Fiona Doohan, patóloga de plantas del University College de Dublín, está desarrollando variedades de trigo que resisten las enfermedades locales y trata de comprender cómo los patógenos de las plantas podrían evolucionar con el cambio climático. En la estación de experimentos agrícolas de la escuela, utiliza cámaras de cultivo en las que la concentración de dióxido de carbono se puede ajustar para imitar los niveles más altos esperados en 2050. Los experimentos han producido una desagradable sorpresa. Cuando el trigo y los patógenos que comúnmente lo afligen se colocan en la cámara con niveles elevados de dióxido de carbono, la planta permanece resistente al hongo. Pero cuando ambos se cultivan por separado a lo largo de varias generaciones en las condiciones de 2050 y luego se colocan juntos, dice Doohan, las plantas se derrumban. Esto sugiere, inquietantemente, que los patógenos de las plantas podrían ser mucho mejores y más rápidos que el trigo para adaptarse al aumento de dióxido de carbono.

Junto al edificio hay un huerto de manzanos con representantes de árboles cultivados en toda Irlanda, incluidas variedades tradicionales que se han plantado durante siglos. Doohan los mira con cariño mientras pasa, el suelo cubierto por manzanas caídas. En el otro extremo del huerto hay una hilera de invernaderos, incluido uno pequeño en el que se prueban plantas modificadas genéticamente. En el interior hay un trigo transgénico particularmente prometedor que está demostrando ser resistente a los tipos de enfermedades de la sarna comunes en Irlanda. El nuevo gen también está aumentando la producción de granos de la planta, dice Doohan, quien creó la variedad con sus colegas. Está claramente encantada con los resultados. Pero, agrega rápidamente, no hay planes de probar el trigo transgénico en el campo en Irlanda o en cualquier otro lugar de Europa. Al menos por ahora, la prometedora variedad de trigo está condenada a permanecer en invernadero.

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