Plantas biónicas capturan 30 % más de energía de la luz

Massachusetts, EU.- A esta planta los investigadores del MIT (web.mit.edu) la denominan "biónica", porque en ella se han combinado, para que trabajen juntos, un sistema biológico, una especie vegetal crucífera denominada 'arabidopsis thaliana', y otro tecnológico, unos nanomateriales que le permiten a la planta aumentar su poder de fotosíntesis.  

"Las plantas tienen muchas funciones valiosas: proporcionan alimentos y combustible, liberan el oxígeno que respiramos y agregan belleza a nuestro alrededor. Ahoraqueremos  hacerlas aún más útiles al aumentar su producción de energía y conferirles funciones completamente nuevas, tales como monitorizar los contaminantes medioambientales", según Anne Trafton,  del MIT.

Los investigadores informaron, a través de la revista 'Nature Materials', que consigueron aumentar en un 30 por ciento la capacidad de una planta para capturar energía de la luz, al incorporarle nanotubos de carbono en su cloroplasto, el orgánulo vegetal donde se efectúa la fotosíntesis. 

Al utilizar otro tipo de nanotubo de carbono, los investigadores también consiguieron modificar las plantas para que ser capaces de detectar el gas óxido nítrico.

Estos dos avances son los primeros pasos para poner en marcha un nuevo campo científico que los investigadores del MIT han denominado como "nanobiónica vegetal".

VEGETALES DE ALTA TECNOLOGÍA

"Las plantas son muy atractivas como una plataforma para las tecnologías, ya que se reparan a si mismas, son ambientalmente estables al aire libre, sobreviven en ambientes hostiles y disponen de su propia fuente de alimentación y distribución de agua", señala Michael Strano , profesor de Ingeniería Química y director del equipo de investigación.

Strano y el autor principal del artículo, el biólogo Juan Pablo Giraldo, prevén convertir las plantas en dispositivos fotónicos (con capacidad de generar, controlar y detectar partículas electromagnéticas, incluidas la luz visible) que posean una alimentación energética propia, los cuales podrían funcionar como detectores de explosivos o de armas químicas. 

Estos dos investigadores también están trabajando en la incorporación de dispositivos electrónicos en las plantas, ya que el potencial de la nanobiónica vegetal "es realmente interminable", según asegura Strano.

Los científicos primero trabajaron sobre los cloroplastos de forma aislada. Estos orgánulos celulares de las plantas disponen de todos los mecanismos biológicos para efectuar la fotosíntesis, un proceso en el que un pigmento llamado clorofila absorbe la luz solar, lo cual excita a los electrones que fluyen por las membranas de los cloroplastos, de acuerdo a Trafton.  

En una segunda etapa de la fotosíntesis, la planta captura esa energía de tipo eléctrico generada y la utiliza para la producción de azúcares, añade.

Para aumentar la productividad fotosintética y la vida útil de los cloroplastos aislados,  los científicos les incrustaron, mediante una técnica llamada LEEP, nanopartículas de óxido de cerio o "nanoceria", así como nanotubos de carbono semiconductores, unas microestructuras de forma tubular.

Comprobaron que, con este añadido, los cloroplastos permanecen activos más horas y capturan luz en más longitudes de onda que lo habitual, como el ultravioleta y el infrarrojo cercano.

Después, los investigadores experimentaron con plantas vivas y, mediante una técnica llamada infusión vascular, incorporaron una solución de nanopartículas a la cara inferior de la hoja de una `arabidopsis thaliana`, una pequeña planta con flores blancas, cuyo genoma o conjunto de genes, fue el primero de una planta en ser secuenciado, en el 2000.

VEGETAL CON SUPERPODERES

Las nanopartículas penetraron a través de los pequeños poros o estomas de ese vegetal, que permiten que el dióxido de carbono fluya hacia dentro y el oxígeno fluya hacia fuera..

De ese modo los nanotubos llegaron a los cloroplastos, aumentando el flujo fotosintético de electrones, es decir de energía, en un 30%.

"Queda por averiguar cuál es el impacto de las nanopartículas en la segunda etapa de la fotosíntesis, es decir la producción de combustibles químicos como la glucosa", según Giraldo.

Asimismo,  los científicos demostraron que podrían convertir a las plantas del experimento en sensores químicos, al incorporarles  nanotubos de carbono capaces de detectar el óxido nítrico, un gas contaminante del medio ambiente producido por la combustión.

El laboratorio de Strano ha desarrollado previamente sensores de nanotubos de carbono para usarlos como sensores de diferentes productos químicos, como  el peróxido de hidrógeno, el explosivo TNT y el gas nervioso sarín.

Cuando las moléculas de alguno de estos compuestos químicos entran en contacto con el polímero que altera la fluorescencia del nanotubo, lo que le permite desvelar la presencia de dicho compuesto.

"Algún día podremos usar estos nanotubos de carbono para fabricar sensores que detecten en el instante y reaccionen ante una sola partícula de diversos compuestos que, habitualmente, se encuentran en muy baja concentración y por ello son hoy difíciles de detectar", de acuerdo a Giraldo.

Al adaptar estos sensores a diferentes objetivos, los investigadores esperan desarrollar plantas que podrían ser utilizadas para controlar la contaminación del medio ambiente, los pesticidas, las infecciones por hongos o la exposición a distintas toxinas bacterianas. 

También están trabajando en la incorporación de nanomateriales electrónicos, como el grafeno, a las plantas.

¡La revolución de la nanobiónica vegetal no ha hecho más que comenzar!

DESTACADOS:

-- "Las plantas son muy atractivas como plataforma para las tecnologías, ya que se reparan a si mismas, son ambientalmente estables al aire libre, sobreviven en ambientes hostiles y disponen de su propia fuente de alimentación y distribución de agua", señala Michael Strano, profesor de Ingeniería Química del MIT.

-- Además de aumentar al capacidad fotosintética de la 'arabidopsis thaliana', Strano y el autor principal del artículo, el biólogo  Juan Pablo Giraldo, demostraron que podrían convertir a esta plantas en un sensor químico, al incorporarle nanotubos de carbono capaces de detectar el gas óxido nítrico.

-- En lo que consideran "los primeros pasos de un nuevo campo denominado `nanobiónica vegetal´", estos científicos esperan desarrollar plantas que sirvan para controlar los pesticidas, las infecciones por hongos o la exposición a toxinas bacterianas, y que incorporen nanomateriales electrónicos, como el grafeno.

La nanotecnología o manipulación  de la materia a escala molecular, podría convertir a algunos arbustos en grandes productores de energía o en sensores de explosivos, aseguran desde el Instituto Tecnológico de Massachusetts  (MIT, por sus siglas en inglés), de EU, que ha desarrollado una planta biónica con capacidades de las que nos dispone en la Naturaleza.  

Por Ricardo Segura/EFE-Reportajes