Analizan señales de plantas para desarrollar dispositivos contra plagas y enfermedades

La obtención y la caracterización de las señales eléctricas que las plantas emiten al ser perturbadas por luz, presión, tacto, temperatura, humedad y contaminantes, entre otros estímulos, ayudarían a construir dispositivos que usen estos seres vivos como sensores de factores medioambientales y prevendrían plagas en cultivos, además de otros problemas, de acuerdo con la investigación que dirige la doctora Montserrat Alvarado González en la Unidad Cuajimalpa de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM).

La profesora del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Sistemas de la UAM señaló en entrevista que en general un vegetal no es un ente aislado, sino que forma parte de una estructura de componentes medioambientales, incluidos dos de los más importantes: el suelo y las bacterias cercanas a sus raíces.

En este esquema planta-suelo-bacterias ocurre un intercambio de moléculas que tienen una carga eléctrica, la cual es posible recuperar mediante electrodos para generar corrientes que se almacenen u ocupen en aparatos de bajo consumo, explicó.

Un segundo aspecto que se desprende de este proyecto –aprobado por el Consejo Divisional de Ciencias Básicas e Ingeniería de la Unidad Cuajimalpa– es el estudio de los elementos sustanciales para que el sistema planta-tierra-bacterias dé la mayor eficiencia, lo que permitiría la creación de equipos para el logro óptimo de electricidad.

Los vegetales tienen mecanismos a nivel molecular para producir una respuesta, la cual es diferente ante cada impulso y, debido a que la mayoría de las moléculas tiene carga eléctrica, una vía indirecta de analizar su reacción a distintas inducciones es medir las corrientes presentes después de ser estimuladas.

En el desarrollo del trabajo “me di cuenta de que las plantas tienen una respuesta muy similar a la de los seres humanos, por ejemplo, cuentan con potenciales eléctricos y de acción que nosotros también tenemos celularmente”, y de ahí surgió la idea de conseguir esto para controlar ciertos dispositivos.

Una muestra de la factibilidad en la aplicación de este conocimiento es que “estamos tratando de ubicar plagas, pues si el vegetal es capaz de identificar la carga eléctrica o electromagnética de ciertos insectos, su reacción nos puede indicar qué tan invasivo está siendo” el daño, además de sus capacidades comportamiento ante los compuestos volátiles orgánicos, la humedad o el dióxido de carbono, por lo que “estamos tratando de ver a las especies como biosensores que en un futuro podrían ser el reemplazo de sensores” convencionales.

Con la pandemia por Covid-19 se utilizaron instrumentos electrónicos para descubrir dióxido de carbono, pero también podrían usarse los vegetales para identificarlo e indicar los niveles nocivos del compuesto, así como para detectar la proximidad, pues existen algunos que tienen sensores: las llamadas mimosas púdicas, que al contacto se abren o descubren presencias a cierta distancia.

También “analizamos qué otras se expresan, aun cuando no tengan los mecanoreceptores de las mimosas púdicas y, una ventaja, es que si un gato las toca o se acerca es posible reconocer que puede salirse de la casa”, pero habría muchas más funciones, dijo la investigadora.

La indagación propone incidir en las reacciones sistémicas de las plantas y ver si la lavanda –u otras– liberen jasmonatos –químicos que se dispersan para atraer polinizadores o repeler agresores– ya que hay evidencia de que su olor produce relajación, lo que se vincularía con otro estudio en curso relacionado con las emociones humanas, de manera que al detectar sentimientos negativos, se libera ese componente mediante señales eléctricas para ayudar a la persona a relajarse.

Las denominadas venus atrapamoscas, al ser estimuladas de la misma manera, activan los mecanismos que hacen que abra la boca, ante lo cual “podríamos hacer que liberen jasmonatos”; según dónde se les toque sería su comportamiento, es decir, no es lo mismo rozar el pedúnculo con dos dedos que el tallo o la hoja, pues las señales que se emiten son diversas y esto es justo lo que “estamos tratando de saber a qué se debe”.

El grupo investiga cómo armar sensores que revelen la humedad de la tierra, la temperatura del entorno y la iluminación, porque estas condiciones arrojan varios resultados, así como el armado de circuitos y el desarrollo de un modelo con el que “podríamos adquirir todos los sensores para poder enviarlos por Internet a los servidores de la Unidad Cuajimalpa con fines de observar la información”.

Todo esto es útil, entre otras razones, porque la parte de los sensores sirve a algunas empresas para el control de cultivos, así que “estamos buscando el apoyo de la Secretaría de Educación, Ciencia y Tecnología de la Ciudad de México para reproducirlos y que puedan aplicarse en dichas compañías”.

La doctora Alvarado González explicó que para poder vivir es necesario que el suelo tenga nutrientes que la planta pueda aprovechar, mientras que se requiere la luz solar para la fotosíntesis y el procesamiento de tales sustentos.

Una vez que ha aprovechado el alimento, los desechos son arrojados donde suelen habitar microorganismos que, a su vez, los usa como alimento.

En estos remanentes regularmente hay cargas eléctricas que pueden captarse mediante electrodos, con lo que se forma una corriente eléctrica.

La capacidad de la energía derivada del sistema planta-suelo-microorganismos depende del tipo de vegetal, del suelo, de los microorganismos y de la temperatura ambiente y la humedad, entre otros factores, pero el voltaje proveniente de una sola sería de casi 0.90 volts.

Algunos arreglos mejorarían el voltaje, pues existen especies que dotarían de electricidad suficiente para encender una lámpara de leds por varias semanas o de hasta 90 volts; a escalas mayores puede ocuparse la vegetación de un parque para iluminarlo o los plantíos de un poblado para abastecer a una pequeña comunidad completa.

Los académicos pretenden que la obtención de energía sea continua, pues si bien ésta se puede conseguir de una papa, la interacción entre la planta, el suelo y la tierra forma electricidad sin interrupción, porque la vegetación come y produce desechos que, a su vez, ingiere los microorganismos o las bacterias, que también originan residuos con electrones que van a crear energía.

Un dato trascendental es que “hemos logrado reproducir cuáles son las bacterias que generan energía” y hay una línea de indagación según la cual mientras más largas son las raíces más electricidad se origina, sin embargo, “hay plantas llamadas espadas, que son de raíz pequeña, pero resulta que son las que mayor voltaje y amperaje dan y queremos entender por qué sucede esto”.

Esto es relevante, ante la búsqueda de energías limpias, así que el sistema planta-suelo-microorganismos es una alternativa a aquella que causa contaminación, concluyó la profesora de la UAM.