BIOTECNOLOGÍA

Plantas que lo chupan todo

El 24 de Abril de 1998, un dique de contención -hoy tristemente célebre- de una balsa de almacenamiento de aguas residuales en la mina de piritas de Aznalcóllar (Sevilla), cedió ante el peso de 5 millones de metros cúbicos de agua ácida. Grandes cantidades de zinc, arsénico, plomo, cobre y otros metales pesados se extendieron por la zona, afectando directamente a 4.500 hectáreas de tierras húmedas y de cultivo a lo largo del Río Guadiamar. El accidente de Boliden fue el mayor vertido de metales pesados en Europa desde la Segunda Guerra Mundial, pero no el único. Solamente en Europa, existen actualmente 4 millones de hectáreas contaminadas por metales pesados, una extensión comparable a la superficie de Suiza.

Este tipo de contaminación es muy difícil de eliminar, permaneciendo durante largas décadas en el suelo y concentrándose a lo largo de la cadena trófica. Los metales pesados producen intoxicaciones y malformaciones en los animales superiores. Por ejemplo, el año pasado se observaron en Doñana varias cigüeñas jóvenes con el pico deformado, presuntamente debido al consumo de peces contaminados por los metales vertidos en el accidente de Boliden. Se estima que los metales depositados por la mortífera riada influirán seriamente en el comportamiento del ecosistema de Doñana durante, al menos, las próximas tres décadas; muy posiblemente para siempre.


Los persistentes metales pesados

Las fuentes de metales pesados en el medio ambiente son muchas. No solamente los vertidos de las minas producen estos contaminantes, sino también las aguas residuales urbanas, y los lodos obtenidos tras las depuración de las mismas, que en muchos lugares se han utilizado como fertilizantes sin preocuparse por su elevado contenido en metales pesados. Los residuos de la industria maderera también son una fuente importante, al ser tratados los árboles recién cortados con grandes cantidades de cromo, cobre y arsénico para su preservación. El arsénico también era usado hace algunos años por los ganaderos como insecticida para combatir las pulgas y otros parásitos. La industria metalúrgica, por último, es una fuente clara de todo tipo de metales pesados.

Podría pensarse que la ciencia no puede eliminar este tipo de contaminación tan duradera sino mediante tecnologías muy laboriosas, costosas e invasivas. Sin embargo, en los últimos años se está desarrollando una novedosa tecnología para eliminar muchos de los contaminantes de los suelos afectados, una tecnología limpia, barata y sorprendentemente eficaz. Se trata de la técnica llamada fitorremediación, que consiste en plantar en las zonas contaminadas determinadas especies de vegetales, de reconocida capacidad para absorber y concentrar las sustancias tóxicas. Son las conocidas como especies hiperacumuladoras.


Limpiadores vegetales

Se conocen alrededor de 400 especies de plantas con capacidad para hiperacumular selectivamente alguna sustancia. En la mayoría de los casos, no se trata de especies raras, sino de cultivos bien conocidos por todos. Así, el girasol (Heliantus anuus) es capaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo, bien por accidentes nucleares (como el de Chernobil) o por el uso bélico de proyectiles construidos a base de este metal (como es el caso de Bosnia). Los álamos (género Populus) absorben selectivamente níquel, cadmio y zinc. También la conocida Arabidopsis thaliana, una pequeña hierba que es para los biólogos vegetales lo que la mosca Drosophila es para los genetistas, es capaz de hiperacumular cobre y zinc. Otras plantas comunes que se han ensayado con éxito como posibles especies fitorremediadoras en el futuro inmediato son la alfalfa, la mostaza, el tomate, la calabaza, el esparto, el sauce y el bambú. Incluso existen especies vegetales capaces de eliminar la alta salinidad del suelo, gracias a su capacidad para acumular el cloruro de sodio.

Otros géneros, por el contrario, menos conocidos, podrían llegar a hacerse famosos en los próximos años gracias a sus también excelentes propiedades como hiperacumuladores. Es el caso de una pequeña planta de la extensa familia de las coles (Brasicáceas) llamada Thlaspi caerulescens, que ha demostrado ser el mejor hiperacumulador conocido para el cadmio y el zinc, llegando a extraer en una sola generación hasta el 50% de todo el cadmio existente en el suelo. Otras especies del género Thlaspi han demostrado su capacidad para acumular también plomo y cobre.

Una hierba llamada Amaranthus retroflexus ha mostrado ser 40 veces más efectiva que sus competidoras en absorber el amenazador cesio-137 radiactivo, que es uno de los más peligrosos contaminantes de las centrales nucleares, por su capacidad de pasar a la leche de vaca y de ahí a la alimentación humana. Amaranthus también resulta muy prometedora como hiperacumulador de plomo, uno de los contaminantes que se encuentran en mayor cantidad en nuestros suelos y que resulta, además, muy difícil de absorber por los vegetales. Por su parte, un helecho originario de Florida, el Pteris vittata, ha demostrado recientemente ser capaz de absorber el peligroso arsénico, siendo capaz de concentrarlo hasta 200 veces respecto al suelo de donde lo toma. Lo más curioso es que el helecho Pteris crece mejor en suelos que contienen elevadas cantidades de arsénico que en los que carecen de él, un hecho que tiene sorprendidos a los científicos.


Misterios moleculares

Y es que aún queda mucho por conocer sobre los mecanismos moleculares que permiten a estas especies de plantas ser capaces de tolerar, e incluso alimentarse de los metales pesados. Gran parte del trabajo que se está realizando es completamente empírico, y consiste en comprobar simplemente qué variedades de plantas absorben más fácilmente los contaminantes. Ni siquiera se conoce qué mecanismo evolutivo ha sido el que ha permitido la aparición de estas especies hiperacumuladoras. Durante años, los científicos pensaron que la acumulación de altas concentraciones de metales venenosos permitiría a estas plantas ser evitadas por sus depredadores. Sin embargo, recientes experimentos han probado que diversas especies de hervíboros tienden a comerse las plantas acumuladoras en la misma cantidad que las especies que no absorben los metales pesados, por lo que la aparición de los fitorremediadores en la naturaleza continúa siendo un misterio.

Por otra parte, ya se están obteniendo los primeros avances para la comprensión de los mecanismos moleculares por los cuáles las plantas absorben estos metales raros, que serían peligrosos venenos para otras especies, y los incorporan como nutrientes. Los científicos especulan con la posibilidad de aislar los genes responsables de la absorción y de la tolerancia a los metales pesados, e incorporarlos mediante técnicas de genética molecular a especies de rápido crecimiento o que toleren las más variadas condiciones climáticas, para crear hiperacumuladores transgénicos que sirvan para cubrir cualquier necesidad en cualquier parte del mundo.

Hasta el momento, se ha descubierto que algunas moléculas facilitan el transporte de metales pesados al interior de la planta a través de las raíces. Las sustancias orgánicas quelantes, que son capaces de formar iones complejos con el metal, facilitan en gran medida la absorción. Estas sustancias pueden ser producidas por la propia planta y liberadas al suelo a través de las raíces, o pueden ser añadidas directamente por el hombre al suelo que se desee descontaminar.

Se conocen, así mismo, algunos genes implicados en la absorción y en la tolerancia a algunos metales concretos, y ya se están obteniendo las primeras variedades transgénicas con capacidades hiperacumuladoras mejoradas. El desciframiento del genoma completo de Arabidopsis, además de los intensos estudios moleculares que se están llevando a cabo sobre el mejor hiperacumulador conocido, Thlaspi, resultan muy prometedores.


Otros contaminantes

Pero la capacidad limpiadora de las plantas no se limita a los metales pesados. Muchos compuestos orgánicos son fácilmente absorbidos por las raíces de los vegetales, incluyendo contaminantes como los pesticidas organoclorados, los hidrocarburos poliaromáticos, los tricloroetilenos, los explosivos orgánicos y, por supuesto, los fertilizantes. Incluso se han realizado progresos para absorber el petróleo de vertidos terrestres superficiales.

En el caso del petróleo, en realidad son los microorganismos asociados a las raíces de las plantas los que se encargan de degradarlo. Según Paul Schwab, de la Universidad de Purdue, los vertidos de petróleo son un blanco perfecto para los fitorremediadores, ya que una vez vertido en el suelo, el petróleo posee escasa movilidad, y forma una delgada capa en la superficie del suelo, donde puede estar en contacto directo con las raíces. Las plantas aceleran la acción de los microbios, proporcionando más oxígeno al suelo y gran cantidad de preciados nutrientes a través de las raíces. La técnica desarrollada por Schwab ha servido para descontaminar con éxito diversos vertidos de petróleo crudo, y otros productos petrolíferos, en los Estados Unidos.


Un futuro prometedor

Cuando se utilizan las plantas fitorremediadoras para "limpiar" zonas contaminadas, es necesario retirar después la biomasa producida, pues contiene una concentración normalmente bastante elevada de peligrosos contaminantes que retornarían de nuevo al suelo si se dejara a las plantas morir en el mismo lugar donde crecieron. Generalmente, se recoge la parte superior de las plantas y se lleva a centros especializados para su incineración. A veces, es necesaria la eliminación total de las raíces, por ser en esta zona donde se acumula el contaminante a eliminar. En estos casos, la técnica puede resultar prohibitivamente cara. . El que se dé uno u otro caso depende del contaminante a eliminar y de la especie elegida para su acumulación. En la actualidad, ninguna especie es capaz, por sí sola y en una única cosecha, de eliminar completamente el contaminante del suelo afectado, sino que serían necesarias varias cosechas sucesivas para devolver al suelo sus condiciones originales.

Podemos esperar que en un futuro cada vez más cercano, y gracias a las especies hiperacumuladoras transgénicas, estos problemas se puedan solucionar, desarrollando variedades artificiales a medida, que sean más tolerantes al contaminante, posean mayor eficacia absorbente, resistan al clima de la región que se desee descontaminar y acumulen el contaminante en las hojas y partes superiores de la planta, de forma que sea más fácil de recolectar. Por último, sería deseable que su cosecha se pudiera automatizar fácilmente y que el metal fuera recuperado para ser reciclado y obtener así un beneficio económico adicional.

A simple vista parecen demasiados requerimientos, pero ya hemos comprobado otras veces que el ingenio humano no conoce límites a la hora de manipular organismos vivos, especialmente cuando se trata de una tecnología tan deseable y necesaria. En cualquier caso, la Fitorremediación es una ciencia floreciente, con un presente asombroso y un futuro muy prometedor.

Autor: Owen Wangensteen | 2002