Una nueva generación de microscopios para estudiar la vida que se esconde bajo el suelo

El nuevo microscopio, desarrollado por un consorcio internacional liderado por NEIKER, permite captar por primera vez el movimiento de los microbios del suelo alrededor de las raíces de las plantas en crecimiento

El descubrimiento facilitará una mejor comprensión de la interacción entre las raíces de las plantas y los microbios presentes en el suelo, esencial para lograr una producción agrícola más sostenible

“Este desarrollo podrá tener muchas aplicaciones como el diseño de nuevas estrategias para mejorar la fertilización de los cultivos”, explica Lionel Dupuy, investigador principal del proyecto

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación (FAO), de cara a 2050 la producción agrícola deberá aumentar alrededor de un 50% para conseguir cubrir la demanda de alimento del conjunto de la población mundial, garantizando así la seguridad alimentaria. Una de las principales limitaciones para alcanzar este objetivo es la degradación de la calidad del suelo, un recurso natural no renovable a escala de tiempo humana y con funciones clave como la producción de alimento y el mantenimiento de la biodiversidad. Para poder garantizar su conservación, resulta fundamental protegerlo y estudiarlo de la manera menos invasiva y respetuosa posible con el medioambiente.

Hasta la fecha, los estudios científicos centrados en la investigación de los procesos del suelo son especialmente complejos debido, por un lado, a la opacidad natural de este ecosistema y, por otro, a que los métodos de estudio actuales son generalmente invasivos y no permiten observar la actividad biológica en directo.

Para hacer frente a esta problemática, un equipo internacional de científicos liderados por NEIKER, miembro de Basque Research and Technology Alliance (BRTA), ha desarrollado un nuevo microscopio que permite captar por primera vez en directo y de manera no invasiva el movimiento de los microbios presentes en la rizosfera -la capa del suelo cercana a las raíces- y su interacción con las raíces de las plantas en crecimiento.

Gracias a esta nueva investigación, que ha sido publicada recientemente en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, se busca mejorar la comprensión de los procesos biológicos del suelo. En concreto, el descubrimiento ayudará a diseñar nuevos fertilizantes y bioestimulantes, así como a mejorar las pautas de riego de los cultivos, para conseguir avanzar hacia una agricultura más sostenible en la lucha por mitigar los efectos del cambio climático.

Este nuevo desarrollo complementa una investigación finalizada en 2012 que desarrolló un suelo modelo transparente artificial, creado en el laboratorio, que reproducía la química de los suelos naturales, permitiendo a las plantas crecer y facilitando la observación directa del comportamiento de sus raíces.

Tal y como explica Lionel Dupuy, investigador IkerBasque en NEIKER y líder del proyecto, “las plantas se han cultivado en estos suelos artificiales transparentes que están hechos a medida para que cámaras sensibles puedan captar la actividad de los microbios del suelo en vivo y en alta resolución”. Esto ha sido posible gracias al uso de láseres, ópticas y escenarios robóticos especializados de última generación. En este sentido, el nuevo microscopio permite escanear muestras vivas y reconstruir mapas tridimensionales de la actividad de los microbios.

Además, el nuevo microscopio también podrá utilizarse para optimizar la composición del abono de los suelos.

Ventana a una agricultura más sostenible

En la actualidad, el volumen de suelo explorado por el microscopio es de solo unos pocos centímetros cúbicos, por lo que sólo se estudian plantas en sus primeros estadios de desarrollo. Sin embargo, los trabajos que se están llevando a cabo en el marco de esta investigación permitirán examinar paneles más amplios con plantas maduras, lo que, según apunta Dupuy, “abrirá nuevos horizontes en la investigación sobre la producción de cultivos que interactúen mejor con los microbios del suelo, y su adaptación a pautas de riego o fertilización más sostenibles, entre otras aplicaciones”.

Conocer cómo las bacterias colonizan las raíces de las plantas resulta fundamental para desarrollar fertilizantes biológicos en los que los microbios beneficiosos puedan mantenerse más fácilmente en el entorno de la raíz. A este respecto, estos nuevos biofertilizantes reemplazarán los productos químicos sintéticos por microorganismos vivos que promueven el crecimiento vegetal a través del aumento del suministro de nutrientes para la planta huésped y la producción de fitohormonas.

Hasta la fecha, no se ha estudiado en profundidad el papel que pueden tener las raíces en la mejora de la fertilización de los cultivos. Sin embargo, “esto debe cambiar si queremos adaptar la agricultura al cambio climático. El hallazgo abre una nueva ventana en esta dirección, una oportunidad para poder investigar en el diseño de nuevas estrategias que consigan mejorar la fertilización de los cultivos de manera más respetuosa con el medioambiente, favoreciendo con ello una producción de cultivos más sostenible”, recalca el investigador de NEIKER.

Esta investigación ha sido financiada por la Unión Europea a través del programa de innovación e investigación Horizonte 2020 (Grant Agreement 647857-SENSOILS) y ha contado con la colaboración de University of Dundee, The James Hutton InstituteScotland’s Rural College y The University of Sheffield (Reino Unido), el Institut Charles Gerhardt Montpellier (Francia), así como la Fundación Vasca para la Ciencia, Ikerbasque y el centro tecnológico NEIKER.