En un reciente estudio publicado en Nature Communications, investigadores del MIT y la alianza Singapore-MIT para la Investigación y la Tecnología (SMART) han dado un paso significativo en la agricultura de precisión con el desarrollo de nuevos sensores basados en nanotubos de carbono. Estos dispositivos pueden detectar señales químicas específicas que indican diversos tipos de estrés en las plantas, como calor, luz intensa, o ataques de insectos y bacterias.
En concreto, estos sensores son capaces de detectar dos moléculas señalizadoras cruciales: el peróxido de hidrógeno y el ácido salicílico. Cada uno de estos compuestos se produce en momentos distintos dependiendo del tipo de estrés al que se enfrenta la planta, generando patrones únicos que actúan como un sistema de alerta temprana. Por tanto, la detención de los mismos, representa un cambio fundamental en cómo los agricultores pueden anticiparse a los problemas potenciales antes de que las cosechas sufran daños irreparables.
Michael Strano, profesor de Ingeniería Química en el MIT y uno de los autores principales del estudio, explicó la relevancia de este descubrimiento: “Estos dos sensores juntos pueden decirle al usuario exactamente qué tipo de estrés está sufriendo la planta. Dentro de la planta, en tiempo real, se producen cambios químicos que suben y bajan, y cada uno sirve como huella digital de un estrés diferente”.
Tecnología a base de nanotubos de carbono
El desarrollo de estos sensores involucra nanotubos de carbono envueltos en polímeros que cambian su estructura tridimensional para detectar moléculas específicas, emitiendo una señal fluorescente cuando detectan la presencia del objetivo. Estos sensores se introducen en las plantas a través de una solución aplicada en el envés de las hojas, permitiendo que penetren a través de los estomas hasta llegar al mesófilo, donde se realiza la fotosíntesis.
Para demostrar la eficacia de esta tecnología, los investigadores aplicaron los sensores a plantas de pak choi y las expusieron a cuatro tipos de estrés: calor, luz intensa, picaduras de insectos e infecciones bacterianas. Los resultados mostraron que las plantas generaban respuestas distintivas a cada tipo de estrés, con la producción de peróxido de hidrógeno alcanzando niveles máximos en una hora y la producción de ácido salicílico variando en tiempo dependiendo del estímulo.
“Los hallazgos representan un ‘lenguaje’ que las plantas utilizan para coordinar su respuesta al estrés. Las ondas de peróxido de hidrógeno y ácido salicílico desencadenan respuestas adicionales que ayudan a una planta a sobrevivir a cualquier tipo de estrés al que se enfrente”, explica Strano.
Implicaciones y futuro de la tecnología
Esta tecnología promete revolucionar la forma en que se monitorean las plantas en entornos agrícolas, con el desarrollo de sistemas que no solo detecten el estrés en las plantas, sino que también activen respuestas automáticas, como ajustes en la temperatura o la cantidad de luz en un invernadero.
El profesor Strano y su equipo están trabajando para adaptar estos sensores y crear «plantas centinela» que podrían proporcionar a los agricultores advertencias mucho más tempranas sobre el estrés en los cultivos. Esta tecnología también podría ser utilizada para detectar otras moléculas señalizadoras en plantas, ampliando así nuestro entendimiento sobre cómo responden al estrés y otros estímulos.
“Estamos incorporando esta tecnología en diagnósticos que pueden proporcionar a los agricultores información en tiempo real mucho más rápido que cualquier otro sensor, y lo suficientemente rápido como para que intervengan”, concluye Strano.
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