Las plantas son una maravilla de la ingeniería de la naturaleza. Impulsado por la luz del sol reciclan nuestros desechos de dióxido de carbono en oxígeno fresco para que podamos respirar. Más, hacen el mundo más bonito. Pero, con un poco de ayuda de los humanos, ¿Se les puede persuadir para que hagan aún más?
Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han estado experimentando con dar a las plantas nuevos poderes colocando diminutos nanotubos de carbono en sus cloroplastos, el pequeño motor de la célula vegetal donde tiene lugar la fotosíntesis.
Después de mucho ensayo y error, sus esfuerzos han tenido éxito. Algunas de las plantas alteradas producidas en su laboratorio han aumentado su actividad fotosintética en un 30 por ciento en comparación con las plantas normales. Otros pudieron detectar pequeños rastros de contaminantes en el aire.
Y eso es solo el comienzo.
"La idea es impartir a las plantas funciones que no son propias de ellas, "dijo Michael Strano, un profesor de ingeniería química que supervisó los experimentos.
En otras palabras, quiere dar superpoderes a las plantas.
El laboratorio de Strano es el primero en trabajar en el nexo de la biología vegetal y la nanotecnología, un nuevo campo denominado "nanobiónica".
Debido a que nadie había explorado esta área antes, el equipo tenía que empezar desde el principio. Eso significó, en primer lugar, descubrir cómo introducir nanotubos en una planta.
En los primeros experimentos, regaron las plantas con una solución que contenía nanopartículas, con la esperanza de que las partículas fueran absorbidas por las raíces. Pero eso no funcionó. Resulta que las raíces de las plantas tienen una estructura que bloquea la entrada de nanotubos al sistema vascular.
El equipo también intentó cortar hojas y remojarlas en la solución de nanopartículas. Eso tampoco funcionó.
Sin inmutarse, El equipo de Strano se volvió hacia los estomas, los poros pequeños en la parte inferior de las hojas que dejan entrar el dióxido de carbono y salir el oxígeno y el agua. Los investigadores encontraron que si colocaban la solución de nanopartículas en una jeringa y a altas presiones la disparaban a los estomas, los nanotubos entrarían.
El siguiente desafío fue llevar los nanotubos a su destino previsto:los minúsculos cloroplastos, 5 a 10 micrones de longitud, flotando dentro de las celdas. Para hacer esto, el equipo inventó un nuevo sistema que envuelve nanopartículas en un polímero altamente cargado. El polímero se siente especialmente atraído por la burbuja lipídica que rodea a cada cloroplasto. Cuando los nanotubos golpean la burbuja, se deslizan hacia adentro.
"Es realmente impresionante lo bien que funcionó, "dijo Juan Pablo Giraldo, un biólogo de plantas que trabaja en el laboratorio de Strano. Los nanotubos "entran allí y comienzan a ensamblarse por dentro".
Después de que se estableció el sistema de entrega, los investigadores podrían jugar. Usaron cloroplastos en plantas vivas, así como cloroplastos extraídos de hojas de plantas. a menudo, las espinacas se compran en el supermercado.
Las plantas solo usan el 10 por ciento de la luz solar disponible para ellas. Toda la luz verde por ejemplo, se refleja en las hojas. Pero después de alimentar los nanotubos a las plantas vivas, su actividad fotosintética aumentó en un 30 por ciento. La técnica funcionó aún mejor en cloroplastos extraídos (del tipo que obtuvieron de las espinacas), provocando que su actividad fotosintética aumente en un 49 por ciento.
Los científicos del MIT no están seguros de qué hicieron exactamente los nanotubos para hacer que la fotosíntesis sea mucho más eficiente. Una posible explicación que ofrecieron es que los nanotubos comparten electrones con los cloroplastos, permitiendo que el cloroplasto capture una gama más amplia de luz (incluida la luz verde).
Los investigadores del laboratorio de Strano habían desarrollado previamente un nanotubo de carbono que responde a la presencia de óxido nítrico reduciendo drásticamente su fluorescencia. Así que el equipo preparó una solución de estos nanotubos y la inyectó en los estomas.
Como esperaban, las hojas de la planta brillaban menos bajo una luz infrarroja cuando se exponían al óxido nítrico. Sin embargo, la señal fue muy sutil, así que los arbustos que monitorean la calidad del aire aún están muy lejos. Todavía, Strano y sus colegas creen que las plantas alteradas algún día podrían alertarnos sobre contaminantes, pesticidas o enfermedades fúngicas en el aire que nos rodea.
Y hay más experimentos en camino.
El equipo del MIT está trabajando para crear plantas con funciones aún más exóticas. Por ejemplo, mediante el uso de nanopartículas magnéticas, es posible que puedan convertir las plantas en antenas de comunicaciones.
"La visión principal que tenemos es utilizar las características únicas que tienen las plantas:la capacidad de reconstruirse a sí mismas, capturar energía solar para alimentarse o capturar dióxido de carbono, para fabricar dispositivos que tengan propiedades similares, "dijo Giraldo, el autor principal de un artículo sobre el trabajo publicado este mes en la revista Materiales de la naturaleza .
Alexander Star, un químico de la Universidad de Pittsburgh que no participó en el estudio, dijo que la investigación avanza nuestra comprensión de cómo interactúan los nanomateriales y los organismos vivos. Señaló que estudios anteriores han demostrado que las nanopartículas pueden ser tóxicas para algunos ecosistemas, pero eso no pareció ser un problema aquí.
En lugar de, él dijo, los investigadores parecían capaces de optimizar el rendimiento de parte de la maquinaria de la planta de una forma que la naturaleza aún no ha hecho.
"Este trabajo es un paso importante hacia el diseño racional de sistemas de plantas capaces de recolectar energía solar y biodetección más eficientes, más allá de los límites de la evolución natural, " él dijo.
© 2014 Los Angeles Times
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