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36 | Lunes 15 de Octubre de 2007 | CIENCIA
ACADEMIA DE CIENCIAS DE MORELOS, A.C.
La Ciencia, desde Morelos para el mundo
El biofertilizante para frijol de la UNAM: mas
rendimiento y mejor nutrición sin contaminación
Humberto Peralta y Dr. Jaime
Mora Celis (Miembro de la Academia de Ciencias de Morelos)
Centro de Ciencias GenómicasUNAM
E
l próximo año, de acuerdo al
Tratado de Libre Comercio
con Estados Unidos y Canadá, se abrirá la frontera a la entrada
de maíz y frijol sin restricción y sin
aranceles. Estos dos productos son
los principales componentes de la
dieta de un amplio sector de la población en México. No se conocen
exactamente cuáles serán las consecuencias de esta apertura sobre la
producción agrícola. Pero es claro que
los agricultores en el país tienen que
aumentar significativamente su eficiencia, encontrar nichos de mercado
y aplicar alternativas de producción
que de preferencia tengan un menor
impacto ambiental. Como veremos
más adelante, los biofertilizantes representan una adecuada estrategia
biotecnológica que puede contribuir a
afrontar retos como los mencionados.
Pero, ¿qué es un biofertilizante? ¿qué
elementos aportan? ¿podrían sustituir
a los fertilizantes químicos? ¿cuál es
el fertilizante principal que requieren
los cultivos?
Un biofertilizante es un organismo
vivo o sus productos que se agregan a
las semillas o al suelo para mejorar las
características de nutrición para los
cultivos. Hay una gran variedad, pero
principalmente están los inoculantes
(bacterias vivas como Azospirillum o
Rhizobium, hongos como las micorrizas o levaduras) que proporcionan el
elemento indispensable para el crecimiento de las plantas que es el nitrógeno y además fósforo y hormonas de
crecimiento; además están residuos
como el guano y la gallinaza y materiales como el humus, los extractos
de algas, etc. En las condiciones más
adecuadas los biofertilizantes pueden
suplir los requerimientos de nitrógeno, fósforo y potasio, además de los
microelementos esenciales.
EL NITROGENO ES EL ELEMENTO LIMITANTE EN LA
AGRICULTURA
Como dijimos, el nitrógeno es un elemento esencial para los organismos
vivos. De forma combinada da lugar
a los aminoácidos y las proteínas. Las
plantas y animales obtienen el nitrógeno a partir de la fertilización y la
alimentación, respectivamente. En el
suelo, el nitrógeno es muy escaso y es
La fotografía muestra el efecto de la inoculación con la variedad mejorada de Rhizobium en frijol (invernadero). De izquierda a derecha: plantas sin
inocular y sin fertilizar, plantas con la variedad original, plantas con la variedad mejorada, plantas con fertilizante químico.
limitante para que en la agricultura
se obtengan buenos rendimientos. Un
grupo de bacterias llamados fijadores
de nitrógeno son los únicos organismos que pueden asimilar el nitrógeno directamente del aire, en el que
abunda.
LA FERTILIZACION CON NITROGENO CONTAMINA AIRE,
SUELO Y AGUA
La fertilización química nitrogenada
representa costos de todo tipo. Económicos, porque en el país ya no se
producen y todo el que se emplea en
la agricultura se compra del extranjero. Ambientales, porque en su producción se usan combustibles fósiles
y se contamina el aire, además al
adicionarse al suelo las plantas sólo
aprovechan una fracción del total y
el resto del nitrógeno se lava a estratos inferiores, donde se encuentran
los mantos freáticos y se contamina
de esta manera el agua potable (el
nitrato en el agua es un agente cancerígeno). Si los cuerpos de agua se
convierten en superficiales entonces
la contaminación con nitrógeno produce un fenómeno llamado eutroficación, en que los microorganismos
crecen desproporcionadamente, agotan el oxígeno disuelto en el agua y
provocan la muerte masiva de peces.
Por su fuera poco, la fertilización
constante elimina la biodiversidad
y provoca la salinización del suelo
que, eventualmente, hace imposible
la agricultura.
LA FIJACIÓN DE NITROGENO
ES UN PROCESO NATURAL,
NO CONTAMINANTE
Entre los biofertilizantes conocidos
desde la antigüedad están los organismos fijadores de nitrógeno y Rhizobium es el ejemplo por excelencia.
Es una bacteria que está presente
naturalmente en los suelos agrícolas.
Su capacidad fijadora es interesante
porque se asocia benéficamente con
plantas de gran importancia económica como soya, chícharo, lenteja,
haba, frijol, cacahuate y forrajes
como alfalfa y trébol. El estudio de
la asociación entre la bacteria y las
leguminosas pueden llevar al mejoramiento del proceso, lo que implicaría
beneficios en la agricultura. Este fue
el objetivo primordial de la creación
del Centro de Investigación sobre Fijación de Nitrógeno, antecesor de la
actual de Ciencias Genómicas. Rhizobium fija el nitrógeno del aire, lo
transfiere eficientemente a la planta,
mejora la salud y la productividad del
cultivo, hace más rica la rizósfera mejorando las comunidades bacterianas
(necesarias para el balance del carbono y el nitrógeno y que reconstituye
la biodiversidad del suelo), además de
dejar residuos nitrogenados en la materia orgánica que el siguiente cultivo
puede aprovechar. Un biofertilizante
basado en Rhizobium puede suplir
totalmente el fertilizante químico
nitrogenado y la cantidad suficiente
para 10 hectáreas puede ser transportado fácilmente por una persona en
una caja de 4 kilos, con un costo 10
a 20 veces menor que el químico. Las
bacterias Rhizobium son organismos
inofensivos para el hombre o animales. Pero hay dos aspectos en que los
biofertilizantes en general son criticados. Uno es que pueden tener un
pobre desempeño y otro es que hay
variabilidad en la eficiencia de sus
resultados.
EL BIOFERTILIZANTE MEJORADO PRODUCE MAYOR RENDIMIENTO Y MEJOR VALOR
NUTRITIVO EN EL FRIJOL
Para tratar de resolver estos problemas, en el proyecto dirigido por el
Dr. Jaime Mora modificamos genéticamente una variedad de Rhizobium
para incrementar la producción de la
enzima responsable de la eficiencia
de la fijación de nitrógeno en frijol y
además se derivó más energía celular
para este proceso. Ambas modificaciones se realizaron con el material
genético propio de la bacteria y por
tanto la variante obtenida no es transgénica. Los resultados que obtuvimos
fueron muy favorables. Con el Rhizobium mejorado el cultivo rindió hasta
40% más frijol en promedio en experimentos de invernadero, campo experimental y campo real (en la foto se
observa el efecto que produce la variedad mejorada). Pero además, el frijol
obtenido tenía 50% más nutrientes,
en forma de proteínas. Esto significa
que el valor nutritivo del frijol cultivado de esta manera también repre-
sentaría beneficios a los consumidores. Estos resultados se validaron en
varios tipos de suelo (de los estados
de Durango, Nayarit, Guanajuato, Estado de México, Morelos, Veracruz),
estaciones de siembra (otoño, invierno, primavera y verano), variedades
de frijol (peruano, negro, pinto y flor
de mayo) y regímenes de riego (temporal, riego rodado y riego de goteo).
De esta manera podemos decir que
este biofertilizante no tiene los aspectos criticables mencionados, porque
se desempeña de manera consistente
y adecuada en diversas condiciones.
En el caso de la validación en campo
con productores, se incluyeron estudios económicos (incluyendo todos
los costos de insumos, labranza, cosecha y empacamiento) que indicaron
una mayor proporción de ganancia
económica del uso del biofertilizante
(desde 30 hasta el 60%) en comparación con la fertilización química o la
no fertilización.
El biofertilizante de Rhizobium mejorado para frijol desarrollado en la
UNAM lo promociona la empresa
Asesoría Integral Agropecuaria (su
Biofábrica Siglo XXI tiene sede en
Cuautla), que trata de acercar a los
productores agrícolas a los beneficios
que representa su uso. De esta manera
los biofertilizantes, y en especial el de
Rhizobium para frijol, pueden contribuir positivamente para alcanzar niveles competitivos en la agricultura
en el país beneficiando a productores,
consumidores y hasta el ambiente.
Todos los artículos publicados en esta sección de La Unión de Morelos han sido revisados y aprobados por el comité editorial de la Academia de Ciencias de Morelos,
A.C.”, cuyos integrante son: Dra. Georgina Hernández Delgado, Dr. Hernán Larralde Riadura y Dr. Joaquín Sánchez Castillo (Coordinador)
Comentarios y sugerencias: joaquin.sanchez@microbio.gu.se
Lunes 15 de Octubre de 2007 | LA UNIÓN DE MORELOS | 37
ACADEMIA DE CIENCIAS DE MORELOS, A.C.
La Ciencia, desde Morelos para el mundo
De la Visión Natural a la Visión Artificial:
Dr. Luis Enrique Sucar
Miembro de la Academia de Ciencias de
Morelos
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y
Electrónica, INAOE, Puebla
ìU
Primera Parte
na imagen dice más que mil palabrasî reza un antiguo proverbio chino, lo cual es cierto desde diferentes
perspectivas. Por un lado, en muchas ocasiones
podemos expresar mucho más a través de un
dibujo o fotografía. Por otro lado, nuestro cerebro le da una gran importancia a la información que nos llega a través de la vista, ya el área
del cerebro dedicada a este sentido es la mayor
de todos los sentidos.
Percibimos las imágenes a través de la retina
en nuestros ojos, una especie de cámara fotográfica que responde a la luz que llega a ésta y
nos permite ver. Unos minúsculos receptores,
llamados conos y bastones, perciben la luz visible (desde el color rojo hasta el violeta). Los
bastones son más sensibles a la intensidad lumínica, y nos permiten ver cuando hay muy
poca luz. Mientras que los conos perciben el
color, algunos son más sensibles al rojo, otros
al verde y otros al azul; y mediante la combinación de estos 3 tipos podemos percibir toda
la gama de colores. Una vez que esta información es colectada por la retina es enviada al
cerebro por una serie de fibras, llamado nervio
óptico. Pero, ¿qué sucede después? ¿Cómo es
que podemos reconocer los diferentes objetos que percibimos? ¿Cómo sabemos al ver a
nuestra madre que es ella y no otra persona?
¿De que forma determinamos la posición en el
espacio de un objeto, como un vaso, para poder
tomarlo?
Recientemente, mediante experimentos con
animales, en particular primates, hemos empezado a adentrarnos al misterio de como se
procesan e interpretan las imágenes en nuestro
cerebro. En base a estos descubrimientos, que
iniciaron con las investigaciones de Hubel y
Weisel, sabemos que la información que proviene de la retina se divide en dos partes, una
va al hemisferio cerebral izquierdo y otro al
derecho. ¡Pero no hay una relación única entre un ojo y un hemisferio! Aproximadamente
la mitad de la información de un ojo va a un
hemisferio y la otra mitad al otro. Esto tiene
importantes implicaciones como veremos más
adelante.
La información visual se transporta mediante el nervio óptico a la corteza cerebral, a una
zona que esta en la parte posterior de la cabeza,
donde inicia el procesamiento de la información visual en el cerebro. La información es
procesada por millones de neuronas que están
organizadas en capas; es decir, en grupos de
neuronas que realizan ciertas operaciones específicas sobre la información visual que reciben.
Podemos pensar que estas neuronas son como
pequeñas computadoras especializadas en hacer ciertas operaciones; hay millones de estas
computadoras biológicas que trabajan al mismo
tiempo (en paralelo) en la corteza visual.
La primera capa o grupo de neuronas se encarga de detectar ìbordesî en las imágenes. Un
borde es donde hay un cambio importante de
intensidad o iluminación en la imagen, por
ejemplo en donde termina un objeto e inicia
otro. Otro grupo de neuronas (llamadas celdas
centro-alrededor) detectan pequeños puntos
oscuros rodeados de un aro brillante, o viceversa, puntos brillantes rodeados de un aro
oscuro. Estos patrones son también indicativos de los contornos de los diferentes objetos
en una imagen. Un tercer grupo de neuronas
más sofisticadas, detectan bordes pero sólo si
estos se encuentran en cierta orientación; es
decir, que el borde es como una pequeña línea
con cierto ángulo respecto a la horizontal. Así,
ciertas neuronas detectan bordes a cero grados, otras a 15 grados, otras más a 30 grados,
etc. Otro grupo de neuronas se encargan de
detectar movimiento; es decir, pequeños cambios que nos ayudan a detectar objetos que se
mueven. Por ello nos percatamos, aunque no
estemos atentos, de cuando algo o alguien se
aproxima a nosotros, incluso si no lo estamos
mirando directamente. También hay neuronas
para determinar la profundidad o distancia a
los objetos que vemos. Para esto se combina la
información de los dos ojos, mediante lo que se
conoce como visión estéreo ñla distancia a un
objeto en nuestro campo visual es inversamente proporcional a su separación en la retina de
cada ojo. Lo puedes verificar tu mismo: pon un
dedo frente a ti, cercano a tus ojos, cierra uno
y después el otro. Verás al dedo en distintas
posiciones con cada ojo.
De lo anterior podemos considerar que el cerebro va analizando las imágenes mediante un
esquema que va de lo particular a lo general.
Se van detectando pequeños elementos como
son los bordes y esquinas de los objetos, luego estos se van agrupando para poder detectar
los contornos, y de esta forma ir separando o
segmentando los diversos objetos presentes en
una imagen. Más adelante, en este complejo
sistema de procesamiento, se van analizando
las características de cada objeto, como su color y su forma, para poder finalmente reconocerlos y determinar su posición en el espacio.
Sin embargo, de lo que sucede más allá de las
primeras capas del sistema visual sabemos
muy poco aún. ¿Cómo es que finalmente el cerebro reconoce las diferentes clases de objetos
ñplantas, animales, tazas, sillas, etc.? ¿Cómo
podemos distinguir entre un objeto específico de una misma clase; por ejemplo, mi taza
preferida de las de demás tazas? Éstos son aún
misterios escondidos en la compleja red de
neuronas dentro de nuestro cerebro, esperando
a ser descubiertos por los científicos del futuro que continúen explorando este maravilloso
misterio de la inteligencia humana.
Al mismo tiempo que los biólogos empezaban a entender como es que los seres vivos
TRAYECTORIAS VISUALES EN EL CEREBRO | Se ilustra como la información que
percibimos en la retina de ambos ojos
viaja mediante el nervio óptico hasta llegar a la corteza visual, donde se procesa
la información.
vemos, otro grupo de científicos e ingenieros,
especialistas en computación e inteligencia
artificial, comenzaban a explorar la idea de
la visón artificial: computadoras que pudieran analizar e interpretar las imágenes como
lo hacemos los humanos, naciendo una nueva
disciplina de la cual hablaremos en otra ocasión. (Continuará.)
ILUSIÓN ÓPTICA DEBIDA A LAS CELDAS CENTRO-ALREDEDOR | Las celdas centro-alrededor, que detectan pequeñas regiones brillantes rodeadas de regiones oscuras o viceversa, provocan esta ilusión óptica en que vemos que aparecen y desaparecen puntos oscuros
en las intersecciones de las líneas blancas.
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