Hace ya poco más de 40 años, en su visita explorando el Valle de Oaxaca en Méjico, el investigador en fisiología vegetal Dr. Howard-Yana Shapiro quedó impresionado al descubrir un cultivo de maíz muy particular, que definiría luego como “el maíz gigante”. Dicha variedad medía el doble de altura que el maíz tradicional, y presentaba raíces adventicias de gran tamaño. Lo que más sorprendió al científico fue que el cultivo no había sido fertilizado, lo que no concordaba con plantas de semejante tamaño. Su hipótesis detrás de lo observado residía en la capacidad de estos maíces de fijar nitrógeno atmosférico, algo impensado para un cultivo como el maíz.
El nitrógeno atmosférico (N2) es el gas más abundante en la atmosfera, constituyendo alrededor del 78% del aire. Existen ciertos microorganismos conocidos como bacterias fijadoras que toman el nitrógeno del aire transformándolo en formas químicas aprovechables por las plantas como amonio (NH4+) o nitrato (NO3–) mediante el proceso conocido como fijación biológica de nitrógeno (FBN). Estas bacterias pueden vivir en asociación simbiótica con ciertas plantas o también pueden encontrarse de forma libre en el suelo, principalmente en la rizosfera. Un ejemplo común de asociación simbiótica es la relación entre las bacterias del género Rhizobium y las leguminosas. Así, las bacterias invaden las raíces de las plantas, formando estructuras llamadas nódulos, donde llevan a cabo la FBN, y a cambio, las plantas les proporcionan energía y un ambiente favorable. Por otro lado, dentro de las bacterias fijadoras de nitrógeno que viven de forma libre en el suelo se destaca el género Azospirillum, quienes forman asociaciones benéficas con gramíneas y gran número de cultivos hortícolas.
La FBN contribuye con una agricultura sostenible, reduciendo la dependencia de fertilizantes sintéticos nitrogenados, cuya producción y aplicación liberan grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2) y óxido nitroso (N2O) a la atmósfera, gases de efecto invernadero que contribuyen con el calentamiento global y el cambio climático1. Un menor uso de fertilizantes sintéticos no sólo reduce la huella de carbono de la agricultura sino también la contaminación de los acuíferos por la escorrentía y lixiviación de los nitratos, reduciéndose así el daño sobre los ecosistemas acuáticos2. Asimismo, en muchas regiones del mundo, los agricultores no tienen acceso a los fertilizantes, lo que reduce la calidad y la productividad de los cultivos, con el consecuente impacto negativo sobre el acceso a la comida y la nutrición de las personas.
Incrementar el aporte de nitrógeno para los cultivos vía FBN en detrimento del uso de fertilizantes resultará clave para reducir la contaminación y promover la soberanía alimentaria3. Sin embargo, el proceso de fijación biológica resulta importante sólo en cultivos de leguminosas como la soja, ya que en los cereales como el maíz el aporte de nitrógeno atmosférico es insignificante. En este sentido, Bayer viene trabajando con la empresa de biotecnología Ginkgo Bioworks, desarrollando investigación en productos biológicos innovadores que permitan mejorar la capacidad de los microorganismos del suelo para fijar nitrógeno atmosférico y así reducir el uso de fertilizantes sintéticos. El objetivo final consiste en incorporar, mediante ingeniería genética, la capacidad de FBN en los microorganismos que comúnmente habitan en la rizosfera de los cereales como el maíz, trigo o arroz.
Lograr dicho objetivo requiere del desarrollo tecnológico, el pensamiento innovador y la colaboración, con el consecuente aumento de la productividad reduciendo el impacto ambiental, lo que resulta en un beneficio tanto para los agricultores como el medio ambiente.
1Tilman, D., Cassman, K.G., Matson, P.A., Naylor, R., & Polasky, S. (2002). Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature, 418, 671–677. https://doi.org/10.1038/nature01014
2Zhang, X., Davidson, E.A., Mauzerall, D.L., Searchinger, T.D., Dumas, P., & Shen, Y. (2015). Managing nitrogen for sustainable development. Nature, 528, 51-59. https://doi.org/10.1038/nature15743
3Green, H., Broun, P., Cakmak, I., Condon, L., Fedoroff, N., Gonzalez-Valero, J., Graham, I., Lewis, J., Moloney, M., Oniango, R.K., Sanginga, N., Shewry, P., & Roulin, A. (2016). Planting seeds for the future of food. J. Sci. Food Agric., 96, 1409-1414. https://doi.org/10.1002/jsfa.7554