Cómo podemos hacer cultivos que sobrevivan sin agua
-
0:01 - 0:05Creo que el secreto para producir
cultivos resistentes a la sequía, -
0:05 - 0:08que debemos lograr para dar
seguridad alimentaria al mundo, -
0:08 - 0:11reside en las plantas de resurrección,
-
0:11 - 0:14representadas aquí,
en un estado muy deshidratado. -
0:14 - 0:17Podrían pensar que estas
plantas están muertas, -
0:17 - 0:18pero no lo están.
-
0:18 - 0:20Al darles agua,
-
0:20 - 0:25resucitarán, reverdecerán y comenzarán
a crecer, entre 12 y 48 horas. -
0:26 - 0:29¿Por qué sugiero que la producción de
-
0:29 - 0:32cultivos tolerantes a la sequía
brindaría seguridad alimentaria? -
0:33 - 0:37La población mundial actual
es de alrededor de 7 mil millones. -
0:37 - 0:39Y se estima que para el año 2050,
-
0:39 - 0:42vamos a ser entre 9 y 10
mil millones de personas, -
0:42 - 0:45con la mayor tasa de
crecimiento en África. -
0:46 - 0:48Las organizaciones agrícolas
de alimentos del mundo -
0:48 - 0:51han sugerido que es necesario
un aumento del 70% -
0:51 - 0:54en la producción agrícola actual
-
0:54 - 0:55para satisfacer esa demanda.
-
0:56 - 0:59Ya que las plantas están
en la base de la cadena alimentaria, -
0:59 - 1:01la mayor parte tendrá
que venir de las plantas. -
1:01 - 1:04Ese porcentaje del 70 %
-
1:04 - 1:08no tiene en cuenta los posibles
efectos del cambio climático. -
1:08 - 1:13Esto está tomado de un estudio realizado
por Dai, publicado en 2011, -
1:13 - 1:15donde tomó en consideración
-
1:15 - 1:18todos los efectos potenciales
del cambio climático -
1:18 - 1:20y señaló, entre otras cosas
-
1:20 - 1:24el aumento de la aridez debido a
la sequía o lluvia poco frecuente. -
1:24 - 1:26Las zonas en rojo mostradas aquí,
-
1:26 - 1:28son áreas que hasta hace poco
-
1:28 - 1:31se habían utilizado con mucho
éxito para la agricultura, -
1:31 - 1:34pero ya no más debido
a la falta de lluvias. -
1:35 - 1:38Esta es la situación que
se prevé ocurrirá en el 2050. -
1:39 - 1:41Gran parte de África, de hecho,
gran parte del mundo, -
1:41 - 1:43va a tener problemas.
-
1:43 - 1:47Tendremos que pensar en formas muy
inteligentes para producir alimentos. -
1:47 - 1:50Y de preferencia, cultivos
resistentes a la sequía. -
1:50 - 1:52También hay que recordar que en África
-
1:52 - 1:55la mayor parte de su
agricultura es de secano. -
1:56 - 2:00Hacer cultivos tolerantes a
la sequía no es cosa fácil. -
2:00 - 2:02Y la razón es el agua.
-
2:02 - 2:05El agua es esencial para
la vida en este planeta. -
2:05 - 2:09Todos los organismos
vivos que metabolizan -
2:09 - 2:11desde los microbios
hasta tú y yo, -
2:11 - 2:14estamos compuestos
predominantemente de agua. -
2:14 - 2:16Todas las reacciones de
la vida suceden en el agua. -
2:16 - 2:19Y la pérdida de una pequeña cantidad
de agua resulta en la muerte. -
2:19 - 2:21Tú y yo somos 65% agua,
-
2:21 - 2:23si perdemos un 1%, morimos.
-
2:24 - 2:27Pero podemos cambiar nuestro
comportamiento para evitarlo. -
2:28 - 2:29Las plantas no pueden.
-
2:29 - 2:31Están atrapados en el suelo.
-
2:31 - 2:34Por eso tienen un poco
más de agua que nosotros, -
2:34 - 2:36casi un 95 % de agua,
-
2:36 - 2:38y pueden perder un
poco más que nosotros, -
2:38 - 2:41entre 10 % y 70 %,
dependiendo de la especie, -
2:42 - 2:44pero por periodos cortos solamente.
-
2:45 - 2:49La mayoría tratarán de resistir o
evitar la pérdida de agua. -
2:49 - 2:53Ejemplos extremos los podemos
encontrar en plantas suculentas. -
2:53 - 2:56Tienden a ser pequeñas, muy atractivas,
-
2:56 - 2:58pero se aferran a su
agua a tan alto costo -
2:58 - 3:00que crecen muy lentamente.
-
3:01 - 3:06Los árboles y arbustos
evitan la pérdida de agua. -
3:06 - 3:08Envían raíces muy profundas,
-
3:08 - 3:09minan suministros de
agua subterráneos -
3:09 - 3:12y mantienen el flujo en todo momento,
-
3:12 - 3:14manteniéndose hidratados.
-
3:14 - 3:16El de la derecha es un baobab.
-
3:16 - 3:18También se le llama el árbol al revés,
-
3:18 - 3:22simplemente porque la proporción de
las raíces con las ramas es tan grande -
3:22 - 3:24que parece que el árbol
se plantó al revés. -
3:24 - 3:28Y, por supuesto, se requieren las raíces
para la hidratación de esa planta. -
3:29 - 3:33Y probablemente la estrategia más común
se encuentra en las plantas anuales. -
3:34 - 3:37Las anuales son la mayoría
de nuestros alimentos vegetales. -
3:37 - 3:39En la costa oeste de mi país,
-
3:39 - 3:42durante gran parte del año
no se ve mucha vegetación. -
3:42 - 3:45Pero al llegar las lluvias
de primavera, se ve esto: -
3:45 - 3:46flores en el desierto.
-
3:47 - 3:49La estrategia de las plantas anuales,
-
3:49 - 3:51es crecer solo en la temporada de lluvias.
-
3:52 - 3:54Al final de esa temporada
producen semillas, -
3:54 - 3:57que están secas, con
entre 8% y 10% de agua, -
3:57 - 3:59pero muy vivas.
-
3:59 - 4:02Y cualquier a cosa que esté
seca y aún con vida, -
4:02 - 4:03la llamamos tolerante a la desecación.
-
4:04 - 4:05En estado desecado,
-
4:05 - 4:08las semillas pueden sobrevivir en
condiciones extremas -
4:08 - 4:10por períodos prolongados de tiempo.
-
4:10 - 4:12con la siguiente temporada de lluvias,
-
4:12 - 4:13germinan y crecen,
-
4:13 - 4:15y todo el ciclo comienza de nuevo.
-
4:16 - 4:20Se cree ampliamente que la evolución
de semillas tolerantes a la desecación -
4:20 - 4:22permitió la colonización y la expansión
-
4:22 - 4:26de plantas con flores o
angiospermas, hacia la tierra. -
4:27 - 4:30Regresemos a que las anuales son nuestro
principal suministro de alimentos. -
4:31 - 4:36El trigo, el arroz y el maíz forman el
95% de nuestros alimentos vegetales. -
4:36 - 4:38Y ha sido una buena estrategia
-
4:38 - 4:41porque en poco tiempo se pueden
producir muchas semillas. -
4:41 - 4:44Las semillas son ricas en energía
y hay gran cantidad de calorías, -
4:44 - 4:48se pueden almacenar en tiempos de
abundancia para los tiempos de escasez, -
4:48 - 4:50pero hay un inconveniente.
-
4:51 - 4:52Los tejidos vegetales,
-
4:52 - 4:54las raíces y hojas de
las plantas anuales, -
4:54 - 4:55no tienen por sí solas
-
4:55 - 4:59características inherentes
de resistencia o tolerancia. -
4:59 - 5:01Simplemente no las necesitan.
-
5:01 - 5:02Crecen en temporada de lluvias
-
5:02 - 5:05y tienen una semilla para
sobrevivir el resto del año. -
5:06 - 5:09Y así, a pesar de los esfuerzos
conjuntos en la agricultura -
5:09 - 5:11para hacer cultivos con
propiedades mejoradas -
5:11 - 5:13de resistencia, evasión y tolerancia,
-
5:13 - 5:15particularmente la resistencia
y la evasión -
5:15 - 5:18porque hemos tenido buenos modelos
para entender cómo funcionan, -
5:18 - 5:20todavía nos llegan imágenes como esta.
-
5:20 - 5:22Cosecha de maíz en África,
-
5:22 - 5:23dos semanas sin lluvia
-
5:23 - 5:24y está muerta.
-
5:26 - 5:27Hay una solución:
-
5:28 - 5:29plantas de resurrección.
-
5:29 - 5:33Estas plantas pueden perder
el 95% de su agua celular, -
5:33 - 5:37permanecer en un estado seco,
muerto, durante meses o años, -
5:37 - 5:39y al darles agua,
-
5:39 - 5:41reverdecen y comienzan
a crecer de nuevo. -
5:42 - 5:45Como las semillas, son
tolerantes a la desecación. -
5:45 - 5:49Como las semillas, pueden soportar
condiciones ambientales extremas. -
5:50 - 5:52Y es un fenómeno muy raro.
-
5:52 - 5:56Solo hay 135 especies de plantas
con flores que pueden hacer esto. -
5:56 - 5:58Voy a mostrarles un vídeo
-
5:58 - 6:00del proceso de resurrección
de estas tres especies -
6:00 - 6:01en ese orden.
-
6:01 - 6:03Y en la parte inferior,
-
6:03 - 6:06hay un eje de tiempo para
que puedan ver lo rápido que pasa. -
6:45 - 6:46(Aplausos)
-
6:50 - 6:52Bastante impresionante, ¿cierto?
-
6:52 - 6:56Me he pasado los últimos 21 años
tratando de entender cómo lo hacen. -
6:56 - 6:58¿Cómo se secan estas plantas sin morir?
-
6:59 - 7:02Y trabajo con diferentes
plantas de resurrección, -
7:02 - 7:04mostradas aquí en los
estados hidratados y secos, -
7:04 - 7:06por distintas razones.
-
7:06 - 7:08Una es que cada una de estas
plantas sirve como modelo -
7:08 - 7:11para un cultivo que me gustaría
hacer tolerante a la sequía. -
7:11 - 7:14En el extremo superior izquierdo,
por ejemplo, es una hierba, -
7:14 - 7:16se llama Eragrostis nindensis,
-
7:16 - 7:19tiene un pariente cercano
llamado Eragrostis tef... -
7:19 - 7:21muchos sabrán que "teff"
-
7:21 - 7:22es un alimento básico en Etiopía,
-
7:22 - 7:24libre de gluten,
-
7:24 - 7:26y es algo que nos gustaría
hacer tolerante a la sequía. -
7:27 - 7:29La otra razón para examinar
varias plantas, -
7:29 - 7:31es que, al menos inicialmente,
-
7:31 - 7:33quería averiguar: ¿hacen lo mismo?
-
7:33 - 7:35¿todas utilizan los mismos mecanismos
-
7:35 - 7:37para ser capaces de perder
toda esa agua y no morir? -
7:37 - 7:40Hice lo que llamamos un enfoque
de la biología de sistemas -
7:40 - 7:42con el fin de obtener
una comprensión global -
7:42 - 7:44de la tolerancia a la desecación,
-
7:44 - 7:46en donde nos fijamos en todo
-
7:46 - 7:49desde la molécula a la planta entera,
el nivel ecofisiológico. -
7:49 - 7:50Por ejemplo nos fijamos en
-
7:50 - 7:52los cambios en la anatomía
de las plantas al secarse -
7:52 - 7:54y su ultraestructura.
-
7:54 - 7:57Vemos el transcriptoma, que es
solo un término para una tecnología -
7:57 - 7:58con la que analizamos los genes
-
7:58 - 8:01que se activan o se apagan
por la desecación. -
8:01 - 8:04La mayoría de los genes codifican
proteínas, así que vemos el proteoma. -
8:04 - 8:07¿Cuáles son las proteínas
producidas en respuesta al secado? -
8:07 - 8:11Algunas proteínas codifican
enzimas que hacen metabolitos, -
8:11 - 8:13así que nos fijamos en el metaboloma.
-
8:13 - 8:16Esto es importante porque
las plantas están sujetas al suelo. -
8:16 - 8:20Utilizan lo que yo llamo un arsenal
químico altamente sintonizado -
8:20 - 8:24para protegerse de todas
las tensiones de su entorno. -
8:24 - 8:25Así que es importante ver
-
8:25 - 8:28los cambios químicos
implicados en el secado. -
8:29 - 8:31Y en el último estudio que
hacemos a nivel molecular, -
8:31 - 8:33nos fijamos en el lipidome,
-
8:33 - 8:35el lípido cambia en respuesta al secado.
-
8:35 - 8:36Y eso es también importante
-
8:36 - 8:39porque todas las membranas
biológicas están hechas de lípidos. -
8:39 - 8:41Se usan como membranas
porque están en el agua. -
8:41 - 8:43Al quitar el agua, estas
membranas se destruyen. -
8:44 - 8:47Los lípidos también actúan como
señales para activar genes. -
8:48 - 8:51Luego usamos estudios
fisiológicos y bioquímicos -
8:51 - 8:54para tratar de entender la función
de los protectores putativos -
8:54 - 8:57que descubrimos en nuestros
otros estudios. -
8:57 - 9:00Y entonces utilizamos todo
eso para tratar de entender -
9:00 - 9:02cómo la planta enfrenta
su entorno natural. -
9:03 - 9:08Siempre he tenido la filosofía de que
necesitaba una comprensión global -
9:08 - 9:10de los mecanismos de
tolerancia a la desecación -
9:10 - 9:14para hacer una aportación significativa
para una aplicación biótica. -
9:15 - 9:17Estoy segura de que algunos
están pensando, -
9:17 - 9:18"Mediante recurso biótico,
-
9:18 - 9:21¿significa que va a hacer cultivos
modificados genéticamente?" -
9:22 - 9:24Y la respuesta es:
-
9:24 - 9:26depende de su definición
de modificación genética. -
9:27 - 9:30Todos los cultivos que comemos
hoy en día, trigo, arroz, maíz, -
9:30 - 9:33están muy modificados genéticamente
de sus antepasados, -
9:33 - 9:35pero no los consideramos así
-
9:35 - 9:38porque se producen
con el cultivo convencional. -
9:39 - 9:42Si se refieren a poner genes de plantas
de resurrección en los cultivos, -
9:42 - 9:44la respuesta es sí.
-
9:44 - 9:47Durante todo este tiempo,
hemos usado ese enfoque. -
9:47 - 9:50Más precisamente, algunos de
mis colaboradores en la UCT, -
9:50 - 9:52Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen,
-
9:52 - 9:53han encabezado este enfoque
-
9:53 - 9:55y voy a mostrarles algunos datos pronto.
-
9:57 - 10:01Pero estamos a punto de embarcarnos
en un enfoque muy ambicioso, -
10:01 - 10:05en la que tratamos de activar
grupos enteros de genes -
10:05 - 10:07que ya están presentes
en todos los cultivos. -
10:07 - 10:10Nunca están encendidos en
condiciones de sequía extrema. -
10:11 - 10:12Por lo que deben decidir
-
10:12 - 10:14si se deben llamar GM o no.
-
10:16 - 10:19Les daré algunos de los datos
de ese primer acercamiento. -
10:19 - 10:20Y para hacer eso
-
10:20 - 10:23tengo que explicar un poco
cómo funcionan los genes. -
10:23 - 10:24Como todos sabemos,
-
10:24 - 10:26los genes están hechos
de ADN de doble cadena. -
10:26 - 10:28Se enrolla muy estrechamente
en los cromosomas, -
10:28 - 10:32están en todas las células de su
cuerpo o en el cuerpo de una planta. -
10:32 - 10:35Al desenrollar el ADN,
se obtiene los genes. -
10:36 - 10:38Y cada gen tiene un promotor,
-
10:38 - 10:41que es un interruptor de
encendido y apagado, -
10:41 - 10:42la región de la codificación del gen,
-
10:42 - 10:44y también un terminador,
-
10:44 - 10:47que indica el final de este gen y
que el siguiente gen inicia. -
10:48 - 10:51Los promotores no son solo
interruptores de encendido y apagado. -
10:51 - 10:53Por lo general requieren
una afinación fina, -
10:53 - 10:57muchas cosas deben estar presentes
y bien antes de encender el gen. -
10:58 - 11:01Lo que se hace típicamente
en los estudios de biotecnología -
11:01 - 11:03es usar un promotor inducible
-
11:03 - 11:05que sabemos cómo encenderlo.
-
11:05 - 11:07Lo aparejamos a los genes de interés,
-
11:07 - 11:09lo colocamos en una planta y
vemos cómo responde la planta. -
11:10 - 11:12En el estudio del que les voy a hablar
-
11:12 - 11:15mis colaboradores utilizaron un
promotor inducido por la sequía, -
11:15 - 11:18que descubrimos en una
planta de resurrección. -
11:18 - 11:21Lo bueno de este promotor
es que no hacemos nada. -
11:21 - 11:23La planta en sí detecta la sequía.
-
11:24 - 11:29Con esto llevamos genes antioxidantes
de las plantas de resurrección. -
11:29 - 11:31¿Por qué genes antioxidantes?
-
11:31 - 11:34Bueno, todo el estrés,
sobre todo la sequía, -
11:34 - 11:36resulta en la formación
de radicales libres, -
11:36 - 11:38o especies reactivas de oxígeno,
-
11:38 - 11:42que son altamente perjudiciales y
puede causar la muerte de los cultivos. -
11:42 - 11:44Lo antioxidantes detienen el daño.
-
11:45 - 11:49Estos son algunos datos de una
cepa de maíz muy usada en África. -
11:49 - 11:53A la izquierda de la flecha están
las plantas sin los genes, -
11:53 - 11:54a la derecha,
-
11:54 - 11:56plantas con genes antioxidantes.
-
11:56 - 11:58Después de tres semanas sin riego,
-
11:58 - 12:00los que tienen los genes se
recuperan mucho mejor. -
12:02 - 12:03Para el enfoque final.
-
12:03 - 12:06Mi investigación ha demostrado que
hay una considerable similitud -
12:06 - 12:09en los mecanismos de
tolerancia a la desecación -
12:09 - 12:12en semillas y plantas de resurrección.
Así que me hice la pregunta, -
12:12 - 12:14¿utilizan los mismos genes?
-
12:14 - 12:17O parafraseado,
-
12:17 - 12:20¿las plantas de resurrección
evolucionaron semillas con genes -
12:20 - 12:22tolerantes a la desecación
en sus raíces y hojas? -
12:22 - 12:25¿Han reasignado la tarea de
estos genes de semillas -
12:25 - 12:28en las raíces y las hojas de
las plantas de resurrección? -
12:28 - 12:29Y respondo a esa pregunta,
-
12:29 - 12:32gracias a una gran cantidad de
investigación de mi grupo -
12:32 - 12:36y recientes colaboraciones de un grupo
de Henk Hilhorst en los Países Bajos, -
12:36 - 12:37Mel Oliver en los Estados Unidos
-
12:37 - 12:40y Julia Buitink en Francia.
-
12:40 - 12:41La respuesta es sí,
-
12:41 - 12:44hay un conjunto básico de genes
que están involucrados en ambos. -
12:44 - 12:48Voy a ilustrar esto muy
crudamente para el maíz, -
12:48 - 12:50donde los cromosomas desactivados
-
12:50 - 12:53representan todos los genes
requeridos para tolerar la desecación. -
12:54 - 12:58Al secarse las semillas de maíz,
al final de su período de desarrollo, -
12:58 - 12:59se activan estos genes.
-
13:01 - 13:04Las plantas de resurrección
activan los mismos genes -
13:04 - 13:05cuando se secan.
-
13:05 - 13:07Todos los cultivos modernos, por lo tanto,
-
13:07 - 13:09tienen estos genes en sus raíces y hojas,
-
13:09 - 13:11pero nunca los activan.
-
13:11 - 13:13Solo se encienden en
los tejidos de semillas. -
13:13 - 13:15Lo que estamos tratando de hacer ahora
-
13:15 - 13:18es entender las señales
ambientales y celulares -
13:18 - 13:20que activan estos genes
en plantas de resurrección, -
13:21 - 13:23para imitar el proceso en los cultivos.
-
13:24 - 13:25Un pensamiento final.
-
13:25 - 13:28Lo que estamos tratando
de hacer rapidamente es repetir -
13:28 - 13:31lo que la naturaleza hizo en la evolución
con las plantas de resurrección -
13:31 - 13:33hace entre 10 y 40 millones de años.
-
13:34 - 13:37Mis plantas y yo les damos
las gracias por su atención. -
13:37 - 13:38(Aplausos)
- Title:
- Cómo podemos hacer cultivos que sobrevivan sin agua
- Speaker:
- Jill Farrant
- Description:
-
Conforme la población mundial crezca y los efectos del cambio climático cobren mayor relieve, vamos a tener que alimentar a más personas utilizando menos tierra cultivable. La bióloga molecular Jill Farrant estudia un fenómeno peculiar que puede ayudar: "Las plantas de resurrección", plantas muy resistentes que aparentemente reviven de entre los muertos. ¿Podrían tener la solución para el cultivo de alimentos en un mundo más caliente y seco?
- Video Language:
- English
- Team:
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- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:56
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