12.05.2020 - 05:15
Humanitat i agricultura, una coevolució necessària
Fa més de 10.000 anys, els humans van iniciar un canvi en la seua forma de vida i van passar de ser majoritàriament caçadors i recol·lectors nòmades a agricultors sedentaris. En aquell moment va començar la domesticació i l’ús de plantes de cultiu. El desenvolupament de l’agricultura va permetre als humans prehistòrics proveir-se d’aliments en abundància i de manera estable i això va propiciar la formació de comunitats cada vegada més grans amb un significatiu augment de la població. Al llarg de la història, aquest increment poblacional ha exigit un augment en la producció agrícola, la qual cosa ha derivat en una gran dependència humana d’una agricultura i ramaderia estables. Aquesta dependència, traduïda com una necessitat de «seguretat alimentària», és un dels majors reptes per a la societat actual.
Les últimes estimacions indiquen que la població humana creixerà fins als 11.000 milions en 2100 (FAO, 2017). Aquest increment, juntament amb les noves necessitats de la població als països emergents, implica que la producció agrícola s’hauria d’incrementar en quasi un 50 % (Ray, Mueller, West i Foley, 2013). Entre els anys 1960 i 1980 es va produir l’anomenada «revolució verda», que va implicar el desenvolupament i ús de noves varietats de blat, dacsa i arròs millorades genèticament, l’ús de noves tecnologies, fertilitzants, fitosanitaris i sistemes de regadiu. Aquesta «revolució» va aconseguir un increment de la producció agrícola molt significatiu. En l’actualitat, ens enfrontem a un repte similar, encara que en un context diferent. En els pròxims anys haurem d’incrementar la producció agrícola però de manera més sostenible i respectuosa amb el medi ambient. La producció agrícola actual és altament dependent de l’ús de fertilitzants, aigua, pesticides o herbicides. No obstant això, hem d’implantar noves estratègies per a desenvolupar una agricultura moderna i sostenible econòmicament i mediambientalment, i que cobrisca les necessitats de la societat. Per a això serà necessari el compromís i la coordinació de polítics i agents socials i de recerca+desenvolupament+innovació (R+D+I) tant públics com privats, ja que s’hauran d’afrontar decisions polítiques i econòmiques importants amb repercussió en la societat.
Producció sostenible en un planeta canviant
El nitrogen i el fosfat són elements essencials per al creixement i producció de les plantes. En general, els sòls agrícoles contenen baixes quantitats d’aquests macronutrients, així que es requereix subministrar-ne de manera continuada en forma de fertilitzants. No obstant això, l’absorció d’aquests nutrients pels cultius és baixa, i per això s’ha tendit a fertilitzar en excés i això ha produït greus problemes mediambientals.
En el cas del nitrogen, l’aportació d’aquest nutrient es feia inicialment amb adob orgànic (guano) o minerals nitrogenats. Va ser a partir de 1909 quan Haber-Bosch va desenvolupar un procés químic que permetia fixar el nitrogen atmosfèric, que es convertia així en un element il·limitat, però amb un alt cost energètic. De fet, es generen més de 450 milions de tones/any de nitrogen per a fertilitzants mitjançant aquest procés.
En la naturalesa hi ha bacteris capaços de fixar nitrogen i que estableixen relacions simbiòtiques amb certes espècies de lleguminoses. En aquesta simbiosi, els bacteris proporcionen el nitrogen necessari a les plantes a canvi d’hidrats de carboni (Mus et al., 2016). No obstant això, les espècies que majoritàriament contribueixen a l’alimentació mundial (arròs, dacsa i blat) no són capaces d’establir aquestes relacions simbiòtiques i per tant la seua producció recau en l’aportació de fertilitzants. En els últims anys, diversos grups d’investigació estan duent a terme un ambiciós programa per a generar cereals capaços de fixar nitrogen de manera autònoma o d’establir simbiosi amb microorganismes fixadors de nitrogen (Stokstad, 2016). Un d’aquests grups d’investigació està intentant introduir els gens que codifiquen el complex de la nitrogenasa, sistema multienzimàtic responsable de la fixació de nitrogen atmosfèric, dins del genoma de cereals (López-Torrejón et al., 2016). Això representa un gran repte, ja que l’assemblatge enzimàtic de la nitrogenasa és complex i es degrada ràpidament per la presència d’oxigen, de manera que la forma activa solament actua en ambients cel·lulars anaeròbics. Aquest projecte és complicat i altament arriscat, però sens dubte el seu èxit tindria una repercussió social i científica sense parangó. Altres grups d’investigació estan treballant per a «fer retrocedir els cereals en l’evolució», és a dir, estan intentant entendre en quin moment evolutiu els cereals van perdre la seua capacitat d’establir relacions simbiòtiques, ja que la major part dels gens de les plantes implicats en aquest procés estan en el seu genoma (Stokstad, 2016). L’èxit d’aquest projecte implica modificar els cereals perquè es deixen envair per bacteris, proveint-los d’aliments (carbohidrats) i de leghemoglobina, una proteïna que segresta l’oxigen per a protegir l’activitat de la nitrogenasa, mentre que els microorganismes proveeixen de nitrogen les plantes.
Al mateix temps que es duen a terme aquests projectes, de disseny arriscat i a llarg termini, altres investigacions van adreçades a identificar i millorar bacteris capaços de fixar nitrogen al sòl per se, la qual cosa pot tenir un efecte positiu per als cultius. Recentment s’han introduït 52 gens implicats en la fixació de nitrogen dins d’un bacteri no fixador. Aquest bacteri modificat és capaç de fixar nitrogen de l’atmosfera que pot ser utilitzat per les arrels de dacsa o blat (Setten et al., 2013). Aquests resultats indiquen que l’ús de la biotecnologia i biologia sintètica serà molt útil per a incrementar la producció de manera més sostenible.
