El cultivo de arroz es un elemento importante en las emisiones de gases de efecto invernadero. Un alimento básico para más de la mitad de la población mundial, el arroz casi siempre se cultiva en arrozales inundados, contribuyendo con el 11 por ciento de todo el metano relacionado con los humanos a la atmósfera. Esto equivale a casi 40 millones de toneladas de metano al año.
La fuente de ese metano es producida por bacterias que prosperan en los arrozales, pero los científicos han descubierto una extraña forma de vida eléctrica que podría reducir significativamente los impactos ambientales actuales. Esta forma de vida, conocida como bacteria del cable, se identificó por primera vez en el océano y recientemente se descubrió que crece naturalmente en los campos entre las raíces del arroz en Asia y los EE. UU. A continuación, los científicos están averiguando qué condiciones favorecen a las bacterias del cable, lo que podría cambiar las reglas del juego para reducir las emisiones.
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Las bacterias del cable, que conducen la electricidad, frenan la producción de metano en el suelo. En 2020, los investigadores descubrieron que las bacterias del cable reducían las emisiones de metano en un 93 % en suelo de laboratorio donde se cultivaba arroz. Las bacterias del cable alteraron el equilibrio de poder en la comunidad de microbios del suelo y las bacterias productoras de metano fueron las grandes perdedoras.
La producción de metano es ineficiente para las bacterias; si hay una alternativa, la aprovecharán.
“La producción de metano es el último recurso de la comunidad microbiana. Cuando [los microbios] no pueden hacer nada más, producen metano”, dice el microbiólogo Derek Lovley de UMass Amherst.
Amigas bacterianas con beneficios
Las bacterias cable son largas y delgadas, sus cuerpos tienen solo una célula de ancho. Cuando se observan bajo un microscopio, brillan como un cabello fantasmal que fluye de las raíces del arroz. La forma en que controlan el metano es cambiando la química del suelo. Las bacterias del cable aumentan los sulfatos beneficiosos en el suelo y mantienen ese nivel estable, sin necesidad de suplementos de sulfato. No dañan directamente a los productores de metano, pero crean condiciones que los desplazan.
Los microbios son altamente competitivos entre sí, y cuando un tipo florece, los demás a menudo se extinguen. Si el césped de su césped está sano, es más difícil que las malas hierbas se arraiguen que en el suelo desnudo; lo mismo ocurre con los microbios. Es por eso que algunas personas toman suplementos probióticos para mantener sus intestinos saludables. De manera similar, cuando las bacterias del cable prosperan en el suelo, alimentan a las bacterias que consumen sulfatos, excluyendo a los competidores que de otro modo producirían metano.
Como beneficio adicional, las bacterias del cable son amigables con el arroz porque eliminan los sulfuros del suelo. Vincent Scholz es un electromicrobiólogo de la Universidad de Aarhus en Dinamarca que participó en los dos estudios mencionados anteriormente. Si bien el sulfato es un nutriente para las plantas, dice Scholz, el sulfuro es una toxina para las plantas y deprime el rendimiento de los granos. Y es una calle de dos sentidos:las plantas de arroz también ayudan a cablear bacterias al pasar oxígeno disuelto a cablear bacterias a través de sus estructuras de raíces.
Pero saber cómo las bacterias del cable hacen su magia es solo una parte de la solución. ¿Qué condiciones hacen que un arrozal esté listo para cablear?
¿Mojado o seco?
Los investigadores están investigando las condiciones que favorecen a las bacterias del cable. Por ejemplo, ¿las bacterias del cable funcionan mejor cuando los campos de arroz se inundan continuamente (práctica estándar en los EE. UU.) o cuando los campos de arroz se drenan e inundan de forma intermitente? ¿Cuánto oxígeno necesitan?
La cuestión de las inundaciones intermitentes de los arrozales ha estado sobre la mesa durante varios años, no solo por las bacterias del cable. El humedecimiento y el secado alternativos redujeron las emisiones de metano hasta en un 90 por ciento en un estudio de 2018. Un estudio de 2020 encontró que alternar la humectación y el secado redujo los gases de efecto invernadero netos, no solo el metano, en aproximadamente un 22 por ciento. Si este beneficio pudiera combinarse con una población saludable de bacterias cable, haría que el arroz fuera mucho más amigable con el clima.
Scholz dice que la gestión del agua es crucial. Las bacterias del cable son meticulosas con la exposición al oxígeno. Se estresan si se dejan al aire libre, pero necesitan algo de oxígeno para sobrevivir. El truco es encontrar un término medio que favorezca las bacterias del cable y los rendimientos de arroz robustos. Profundizar en la gestión del agua es probablemente la próxima vía para la investigación agrícola sobre las bacterias del cable.
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Un nuevo estudio de China demuestra que las bacterias del cable prosperan cuando hay más oxígeno disponible en el agua. Las bacterias del cable en agua rica en oxígeno eran más robustas, se reproducían más rápido y crecían más profundamente en el suelo. Los estudios de campo podrían aprovechar este resultado prometedor para probar la adición de oxígeno al agua en los arrozales. El agua se puede oxigenar de manera sencilla, por lo que el método no tiene por qué ser costoso. La humectación y el secado alternativos también pueden aumentar los niveles de oxígeno en el suelo.
Una vez que los científicos determinen las condiciones ideales de agua y oxígeno, debería haber pocos desafíos técnicos para usar bacterias de cable para reducir las emisiones de metano en el cultivo de arroz. Los agricultores cuyos arrozales contenían bacterias cable nativas podrían crear condiciones que ayudaran al crecimiento de estas bacterias beneficiosas. Los agricultores sin bacterias cable podrían sembrarlas en el suelo durante la preparación del campo.
Scholz, que ha cultivado bacterias cable en Alemania y Dinamarca, dice que son "muy fáciles" de cultivar. Su colega, Lars Peter Nielsen, quien descubrió las bacterias del cable, agrega que se puede cultivar "un kilómetro de bacterias del cable en un centímetro cúbico, y eso es mucho".
Sin embargo, Nielsen advierte contra adelantarse a la investigación. Todavía hay mucho que aprender sobre las bacterias del cable. "Y", dice Nielsen, "todavía nos estamos sorprendiendo".
