Algunos descubrimientos ocurren por accidente. Considere cómo el 28 de septiembre 1928, desplegado:Alexander Fleming, de vuelta al laboratorio después de unas vacaciones con la familia, estaba revisando placas de Petri sucias que no se habían limpiado antes de irse. Un moho que crecía en uno de los platos llamó su atención, y así comenzó la historia del primer antibiótico del mundo:la penicilina.

Recientemente, en la Universidad de Delaware, las plantas no se regaron un fin de semana largo durante un pequeño experimento de botánica. Eso ahora ha llevado a un hallazgo intrigante, especialmente para las áreas del mundo más afectadas por la sequía:el oeste de Estados Unidos, Europa, Australia, porciones de África, Sudeste de Asia y América del Sur, entre ellos.

Los científicos del clima dicen que deberíamos esperar sequías más frecuentes y severas en los próximos años, mientras que los expertos en población predicen un aumento del 30 por ciento en la población mundial, a más de 9 mil millones para 2050. ¿Cómo vamos a producir suficientes alimentos para todos bajo tales presiones? y hacerlo de forma sostenible? Según esta investigación de la UD, la respuesta puede estar justo debajo de nuestros pies.

Descubriendo un luchador contra la sequía

Volviendo a ese experimento de UD. Volviendo al laboratorio el lunes siguiente por la mañana, el asociado postdoctoral encontró una bandeja de plántulas marchita, lío desaliñado, mientras la otra bandeja de plántulas se mantenía firme. La única diferencia entre las bandejas:el suelo de los especímenes prósperos había sido rociado con Bacillus subtilis (UD1022), una cepa de bacterias descubierta hace varios años en la UD por un equipo de investigación dirigido por el profesor Harsh Bais en el Departamento de Ciencias de Plantas y Suelos.

El equipo de Bais determinó que estos microbios, que viven en la superficie de las raíces y en el suelo circundante, desencadenar aberturas en forma de poros en las hojas, llamados estomas, cerrar herméticamente para mantener fuera a los patógenos y proteger las plantas de la deshidratación.

Después de que el laboratorio de Bais publicó sobre el trabajo, Profesor Yan Jin, un físico de suelos en el departamento, se acercó a Bais para buscar más profundamente para ver si los microbios pueden afectar el suelo real que habitan.

"Existe una gran brecha en nuestra comprensión de cómo los microbios benignos pueden afectar el llamado 'agua verde':el agua en el suelo que está disponible para las plantas, "Explicó Jin.

Quería saber si el UD1022 puede modificar las propiedades del suelo:su estructura, química, cómo se distribuyen los poros del suelo y cómo cambian sus tamaños, en relación con el suministro de agua verde. Quería saber exactamente qué estaba sucediendo en el suelo y se dispuso a encontrar la respuesta.

En un artículo publicado recientemente en Investigación de recursos hídricos , Jin y su equipo de UD, junto con colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), confirman que el microbio beneficioso UD1022 reduce la evaporación y aumenta la capacidad del suelo para retener agua. Utilizando técnicas de vanguardia, el estudio proporciona análisis detallados de cómo los microbios interactúan con las partículas del suelo para cambiar físicamente el ecosistema subterráneo y ayudar a las plantas a tolerar la sequía.

Cómo los microbios se aferran al agua

Los experimentos se realizaron tanto en el laboratorio de la UD, y el uso de imágenes de neutrones de alta potencia en el NIST para observar el suelo y registrar lo que estaba sucediendo.

En una cámara de ambiente cerrado en la Facultad de Agricultura y Recursos Naturales de la UD, El investigador postdoctoral Wenjuan Zheng y el estudiante de maestría Saiqi Zeng trabajaron con dos muestras de suelo a la vez (una muestra de control y una muestra tratada con los microbios UD1022) y midieron continuamente las características de retención de agua del suelo y la tasa de evaporación del agua a medida que se secaba el suelo. en la recámara. Los experimentos se realizaron para suelos de diferentes texturas:arena, muestras de suelos arenosos y ricos en arcilla, tomado de la granja UD y de una estación experimental agrícola en Georgetown, Delaware.

Para determinar qué estaba sucediendo en las muestras de suelo, el equipo se basó en las capacidades de obtención de imágenes de radiografía de neutrones del NIST.

"Los neutrones pueden 'ver' el agua, "Dijo Jin." Debido a que interactúan fuertemente con el hidrógeno, proporcionan una técnica no destructiva ideal para examinar la distribución del agua en materiales delicados como nuestras muestras de suelo que contienen microbios, en tiempo real."

"Nos sentimos muy afortunados de haber encontrado NIST y haber podido utilizar sus instalaciones de imágenes, Jin agregó. "Esta colaboración fue fundamental para nuestro trabajo".

Se rellenaron pequeñas columnas con tierra:una columna se trató con los microbios UD1022 y la otra columna no se trató. Luego las columnas se saturaron con agua, y las imágenes de neutrones registraron el proceso de evaporación. Un total de 1, Se tomaron 500 imágenes individuales de cada muestra durante un período de aproximadamente nueve horas. Proporcionaron una visión detallada de la distribución del agua en las muestras, así como dinámica de evaporación en tiempo real. Un microscopio electrónico de barrido de alta potencia (SEM) ayudó a descubrir qué estaban haciendo los microbios en las muestras.

¿Y cómo ayudan estos pequeños organismos (UD1022) a que el suelo retenga el agua?

"Este efecto es causado por la capacidad de los microbios para formar una red gelatinosa, una biopelícula de una mezcla compleja de polisacáridos, proteínas, lípido vitaminas y azúcares, "dijo Zheng, el primer autor del artículo. En ese momento era asociada postdoctoral y ahora es investigadora principal en el Departamento de Mecánica e Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur. Porcelana.

"Es como si las bacterias construyeran estas pequeñas casas por sí mismas, "Dijo Zheng.

La biopelícula que generan las bacterias actúa como un pegamento para formar "agregados de suelo" que pueden retener más agua en sus poros.

Estos microorganismos y su matriz pegajosa pueden soportar con creces su propio peso. "Se ha demostrado que retienen el agua como una esponja, absorbiendo 10 veces más agua que su peso seco, ", Señaló Zheng." Esta biopelícula natural cambia las propiedades del suelo, conduciendo a una evaporación más lenta. Esto puede hacer que más agua esté disponible para las plantas, así como aumentar el tiempo disponible para que las plantas se adapten metabólicamente al estrés de la sequía ".

Si bien gran parte de la costa este de los EE. UU. Ha tenido un verano inundado y principios de otoño, otras áreas del país y muchas otras naciones están sufriendo implacablemente, y en algunos casos, amenazante para la vida, sequías. Jin espera que UD1022 pueda desempeñar un papel positivo en la agricultura en estas regiones áridas a medida que la población mundial aumenta.

"¿Qué podemos hacer para garantizar la seguridad alimentaria?" Preguntó Jin. "Las plantas podrían modificarse genéticamente, pero eso lleva mucho tiempo. Muchas empresas están vendiendo biofertilizantes para superar estos problemas; a veces funcionan, pero más a menudo no lo hacen. Es por eso que la investigación más básica es fundamental para ayudarnos a comprender los mecanismos en funcionamiento. Al comprender las interacciones entre las raíces de las plantas y el microbioma del suelo, un recurso subterráneo en gran parte sin explotar, esperamos desarrollar nuevas tecnologías que aumenten la producción de alimentos y al mismo tiempo reduzcan el uso de fertilizantes químicos ".