En el mundo de la agricultura, donde se busca constantemente innovaciones que puedan aumentar los rendimientos y garantizar la seguridad alimentaria, los científicos han centrado su atención en un grupo de elementos cuyo potencial ha estado envuelto en un velo de misterio durante décadas. Se trata de los lantánidos, una clase de metales de tierras raras que en algunas partes del mundo, especialmente en China, se han añadido durante mucho tiempo a los fertilizantes con el objetivo de estimular el crecimiento de las plantas. A pesar de su amplio uso en millones de hectáreas de superficie cultivable, los mecanismos fundamentales de su acción en las plantas seguían siendo en gran parte desconocidos. La falta de comprensión sobre cómo las plantas absorben estos elementos y cómo afectan a procesos biológicos clave, como la fotosíntesis, representaba un obstáculo significativo para su uso optimizado y consciente. Sin embargo, un reciente descubrimiento científico de investigadores del prestigioso Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) arroja una luz completamente nueva sobre esta problemática, abriendo la puerta a nuevas estrategias para fortalecer la resistencia de los cultivos y mejorar el crecimiento de las plántulas.

Desentrañando la interacción molecular: Lantánidos en el corazón de la clorofila

Un equipo de investigadores, liderado por el profesor asociado Benedetto Marelli y el investigador postdoctoral Giorgio Rizzo, llevó a cabo un estudio exhaustivo cuyos resultados se publicaron en la prestigiosa revista científica Journal of the American Chemical Society. Su trabajo proporciona las primeras pruebas concretas sobre la forma en que los lantánidos actúan dentro de las células vegetales. El descubrimiento clave reside en su interacción con la clorofila, el pigmento indispensable para la fotosíntesis, el proceso mediante el cual las plantas convierten la luz solar en energía química. En el centro mismo de la molécula de clorofila se encuentra un ion de magnesio, cuya pérdida conduce a la degradación del pigmento y a la disminución de su capacidad para absorber la luz. Los científicos del MIT descubrieron que los lantánidos pueden ocupar el lugar vacante del magnesio. Este proceso, que denominaron "re-verdecimiento" (re-greening), permite a las moléculas de clorofila restaurar parcialmente sus propiedades ópticas y su estabilidad. Se determinó que los lantánidos forman los llamados "complejos sándwich" con la clorofila, donde el ion lantánido se une al anillo de porfirina, reemplazando al magnesio y fortaleciendo así la estructura del pigmento. Este conocimiento es de fundamental importancia porque aclara por qué y cómo estos elementos pueden influir positivamente en la salud de la planta a nivel molecular.

Un superpoder inesperado: Protección contra la dañina radiación UV

Uno de los resultados más significativos y completamente inesperados de este estudio es el hallazgo de que los lantánidos pueden aumentar significativamente la resistencia de las plantas a la radiación ultravioleta (UV). En una era de cambio climático, donde los cultivos agrícolas están cada vez más expuestos a condiciones climáticas extremas, incluyendo períodos más largos de intensa radiación solar, este descubrimiento tiene un potencial enorme. La clorofila es un pigmento extremadamente sensible que, fuera de la estructura celular protegida, se degrada rápidamente. Sin embargo, el equipo de investigación demostró que la clorofila, cuando está en complejo con un lantánido en su centro, se vuelve sorprendentemente estable, incluso después de ser extraída de las células vegetales. Esta mayor estabilidad proporciona a las plantas una especie de escudo natural contra el estrés por UV. Los métodos actuales de protección de los cultivos contra la radiación UV a menudo se basan en la aplicación de agroquímicos que se pulverizan sobre las hojas. Dichos productos pueden ser tóxicos, contribuir a la contaminación por microplásticos y requerir múltiples aplicaciones durante la temporada. El tratamiento con lantánidos ofrece un enfoque complementario, y potencialmente más respetuoso con el medio ambiente, reduciendo la necesidad de agentes protectores convencionales.

De la semilla a la cosecha: Un nuevo método de aplicación más eficaz

Un desafío de larga data en el uso de lantánidos ha sido lograr el equilibrio adecuado: las concentraciones bajas estimulan el crecimiento, mientras que las altas pueden ser tóxicas. El problema se complica aún más por el hecho de que no se sabe con exactitud cómo las plantas absorben estos elementos del suelo. Los investigadores del MIT sortearon este problema aplicando una innovadora tecnología de tratamiento de semillas que habían desarrollado previamente. Al aplicar una única dosis extremadamente pequeña de lantánidos a nanoescala directamente en la semilla, lograron efectos positivos significativos. Este método asegura que los elementos beneficiosos estén disponibles para la planta desde el comienzo de su desarrollo. Los análisis han demostrado que los lantánidos se acumulan principalmente en la raíz de la planta, pero una cantidad menor, aunque significativa, también se transporta a las hojas. Allí se incorpora a las moléculas de clorofila recién formadas, contribuyendo directamente a la salud y resistencia de la planta. La eficacia de este enfoque ha sido confirmada en una serie de cultivos agrícolas clave, como el garbanzo, la cebada, el maíz y la soja, lo que indica la amplia aplicabilidad de esta tecnología.

El potencial económico y ecológico de un metal descartado

El estudio también tiene importantes implicaciones para el mercado global de metales de tierras raras. Los investigadores descubrieron que los elementos más grandes del grupo de los lantánidos, como el lantano (La), son más eficaces para fortalecer los pigmentos de la clorofila. El lantano, irónicamente, se considera un subproducto de bajo valor en el proceso de minería de tierras raras y a menudo representa una carga para la cadena de suministro porque necesita ser separado de elementos más buscados y caros como el neodimio o el disprosio. La creación de una nueva y masiva demanda de lantano en la agricultura podría cambiar fundamentalmente la economía de la minería de tierras raras. Esto no solo mejoraría la estabilidad de toda la cadena de suministro, sino que también fomentaría el reciclaje y la utilización de elementos que hasta ahora se consideraban menos útiles. "Este estudio muestra lo que podríamos hacer con estos metales de menor valor", destaca el profesor Marelli, enfatizando que en la investigación se centraron precisamente en el lantano como el ion lantánido más abundante y barato.

Futuro de la investigación y aplicación en la agricultura

Esta investigación representa solo el primer, pero crucial, paso hacia una comprensión completa y un uso consciente de los lantánidos en la producción agrícola. El equipo del MIT planea ampliar sus investigaciones a ensayos de campo y estudios en invernaderos para probar los efectos sobre la resistencia a los rayos UV en diferentes tipos de cultivos y en condiciones agrícolas reales. El objetivo a largo plazo es desarrollar directrices precisas para los agricultores que les permitan aprovechar los beneficios de estos elementos de la manera más eficaz y segura, principalmente a través de métodos avanzados de tratamiento de semillas. Además de la agricultura, el equipo tiene la intención de investigar cómo los lantánidos interactúan con otras moléculas biológicas, incluyendo proteínas en el cuerpo humano, lo que abre la posibilidad de aplicaciones completamente nuevas en biomedicina y otros campos. Como subraya Giorgio Rizzo, los lantánidos ya se utilizan en agronomía, pero este estudio proporciona la base científica para su aplicación más inteligente y la introducción de nuevos y superiores métodos de aplicación.