¿Reducir gases invernadero con plantas leguminosas? Es posible

Hoy en día existen muchas evidencias científicas que confirman que nuestro planeta experimenta un calentamiento global que genera un cambio climático acelerado. Esto es muy grave, ya que según el último informe del Panel Intergunamental de Expertos sobre del Cambio Climático (IPCC), los cambios producidos en el clima desde la década de 1950 no tienen precedentes. La temperatura de la atmósfera y la de los océanos es cada vez mayor, produciendo un descenso en el volumen de nieve y hielo en las zonas polares, que a su vez, provoca un incremento en el nivel del mar. Este cambio afectará no solo a las poblaciones costeras sino a muchos sistemas naturales, alterando nuestro entorno de forma que todavía ni llegamos a imaginar.

También sabemos que la humanidad tiene gran parte de culpa en dicho proceso. Esto se debe, entre otros factores, al incremento de la emisión de los gases de efecto invernadero (GEIs), la cual es en la actualidad, la más alta desde que se tienen registros. Entre los principales GEIs que están causando este incremento de la temperatura destacan tres de origen biológico: el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O). Este último, a pesar de emitirse en menor cantidad que el CO2, persiste en la atmósfera cerca de 100 años y tiene un poder radiativo (capacidad de absorción de calor) de 265 veces el del CO2, lo que lo hace ser uno de los gases con mayor impacto en el calentamiento global.

Dos terceras partes de las emisiones de N2O que generamos provienen de la agricultura, en especial de la transformación biológica de los fertilizantes nitrogenados como la urea, el amonio o el nitrato, una vez aplicados al suelo. Desde mediados del siglo pasado y coincidiendo con el inicio de la conocida como “revolución verde”, su aplicación se ha incrementado de forma exponencial generando un mayor rendimiento agrícola y producción de alimentos. Sin embargo, su uso indiscriminado desde hace décadas ha terminado contaminando aguas subterráneas y superficiales, generando eutrofización y pérdida en la biodiversidad, así como emisiones de N2O a la atmósfera, entre otros efectos.

Desde hace un tiempo, científicos, técnicos agrícolas y agricultores trabajamos conjuntamente para desarrollar una agricultura más optimizada en el uso y diseño de fertilizantes que generen menor impacto ambiental. En nuestro grupo de investigación trabajamos en alternativas biológicas útiles para restaurar e incrementar la fertilidad de los suelos agrícolas y  reducir su consumo, y lo hacemos estudiando la microbiota del suelo. En particular, estudiamos aquellos microorganismos que forman simbiosis beneficiosas con las plantas, capaces de promover su crecimiento, mejorar su adaptación a un medio ambiente cambiante y amenazado por el cambio climático o favorecer la adquisición de nutrientes esenciales, como es el caso del nitrógeno.

Un grupo de plantas de gran interés tanto agrícola como forestal son las leguminosas. La soja, la judía, la alfalfa, el guisante, las lentejas, el altramuz, etc, están presentes en nuestro día a día, en nuestro entorno cercano e incluso en nuestra dieta, ya que son una excelente fuente de proteínas vegetales. Estas plantas tienen la peculiaridad de formar simbiosis con determinados microorganismos del suelo conocidos como rizobios, los cuales pueden transformar el nitrógeno atmosférico, un gas inerte, en un nitrógeno fácilmente asimilable por la planta. Esta genera unos pequeños orgánulos en sus raíces denominados nódulos, donde les da cobijo y nutrientes, y estas bacterias al mismo tiempo, nutren de nitrógeno a la planta.

Con esta simbiosis, las leguminosas pueden crecer sin necesitar fertilizantes nitrogenados lo que supone un ahorro considerable para la agricultura. En la práctica, estas simbiosis se las conoce como “abonos verdes”, y son muy utilizadas por los agricultores para incorporar nitrógeno y materia orgánica a sus suelos entre cosecha y cosecha.

Nuestro laboratorio ha demostrado que paradójicamente, si una leguminosa forma simbiosis con un rizobio en un suelo que contiene mucho nitrato, este no solo no fijará nitrógeno de forma adecuada, sino que lo eliminará a través de la desnitrificación.

Este proceso biológico transforma secuencialmente el nitrato en nitrógeno gaseoso generando varios compuestos intermedios como el óxido nítrico o el óxido nitroso, ambos capaces de contribuir al calentamiento global. Además, se conoce que la gran mayoría de los rizobios no desarrollan toda la maquinaria enzimática para llevar a cabo la desnitrificación completa, terminando en muchos casos este proceso en la emisión del gas invernadero N2O. Sin embargo, algunos rizobios sí desnitrifican totalmente, ya que expresan la enzima óxido nitroso reductasa, la única conocida hasta la fecha capaz de transformar el N2O en nitrógeno gaseoso, la cual cierra el ciclo del nitrógeno.

Con nuestros experimentos hemos demostrado que esta enzima es clave para reducir las emisiones de N2O en cultivos de leguminosas, por lo que conocer las especies de rizobios que posean esta enzima y las mejores prácticas agrícolas que permitan su mayor actividad son los grandes retos de nuestra investigación, enfocada a mitigar el efecto de la agricultura sobre el calentamiento global.

Bibliografía:

Germán Tortosa, Alba Hidalgo, Ana Salas, Eulogio J. Bedmar, Socorro Mesa, María J. Delgado. 2015. Nitrate and flooding induce N2O emissions from soybean nodules. Symbiosis, 67,125-133. (Doi: 10.1007/s13199-015-0341-3).