Ecuador megadiverso

Una de las cosas que más extrañamos los Ecuatorianos que por alguna razón nos encontramos en el exterior es la cocina nacional y la variedad de paisajes que alberga el país. Ambas ilustran la tremenda diversidad ecológica y biológica del Ecuador que hasta hoy no hemos podido a cabalidad valorar más allá de su indiscutible atractivo estético. En sus playas, montañas, archipiélagos, valles y junglas el Ecuador alberga una diversidad de especies naturales única en el mundo; sin embargo, pocas veces reflexionamos acerca del valor real de tan impresionante biodiversidad o de los servicios ecológicos que ésta facilita: regulación climática, depuración de aguas, control de plagas, ciclos biogeoquímicos, etc.

Los seres humanos necesitamos y hemos aprovechado el mundo natural desde nuestros inicios. Los ingredientes activos en nuestras medicinas, por ejemplo, se modelan a partir de compuestos análogos provenientes de plantas y microbios. Hemos aprendido a hacer queso, vino y pan, y para ello necesitamos levaduras y otros hongos.

La tecnología actual, sin embargo, nos permite experimentar con sistemas biológicos en formas que hubieran resultado inimaginables una década atrás. Por ejemplo, los cruces entre plantas o animales domésticos son técnicas tradicionales para obtener variedades biológicas mejoradas; hoy tenemos la capacidad de modificar el código genético de un organismo directamente y los resultados pueden llegar a ser sorprendentes: hemos logrado, entre otras cosas, introducir proteínas fluorescentes en animals, solucionar problemas computacionales simples e inclusive tomar fotografías utilizando bacterias y otros components biológicos. En los últimos años planeamos diseñar y construir organismos que sintetizen gasolina, diesel y plástico biodegradable.

Un ejemplo muy ilustrativo de esta nueva capacidad humana es el trabajo de Jay Keasling en la Universidad de California, Berkeley; antes de describirlo en detalle, es necesario recordar la forma en que los sistemas biológicos operan a nivel molecular y la forma en que estas operaciones se traducen en funciones particulars: La capacidad que un determinado organismo tiene para ejecutar una función específica requiere componentes genéticos, o genes, que se transmiten de generación en generación, o de célula a célula. Estos componentes se activan bajo condiciones específicas y resultan en objetos o procesos determinados: la enzima que cataliza una reacción química específica, o la activación de una vía metabólica, por ejemplo. Una forma de imaginarse este escenario es comparándolo con una tarea cotidiana: la instalación de un programa en un computador convencional. Las funciones que un determinado modelo de computador está capacitado para ejecutar dependen de los programas que el computador está en capacidad de interpretar correctamente. Estos programas pueden ser replicados y compartidos, y diferentes computadores pueden adquirir las mismas capacidades siempre y cuando los mecanismos de interpretación de tales programas funcionen correctamente en el computador.

De manera similar, a nivel de bacterias por ejemplo, la capacidad de un grupo de células para ejecutar una operación específica -descomponer petróleo crudo durante procesos de bioremediación, por ejemplo- depende de la presencia y correcta interpretación de componentes genéticos determinados: éstos genes dirigen la síntesis de enzimas que permiten a la célula introducir hidrocarburos en su metabolismo; éstos genes pueden transmitirse entre microorganismos. Las células que están en capacidad de adquirir e interpreter éstos genes adquieren la capacidad de descomponer hidrocarburos, de la misma forma en la que podemos duplicar un programa para computador e instalarlo en un computador diferente para que ejecute la misma función.

La artemisinina es un compuesto natural proveniente de plantas del género Artemisia y se usa para el tratamiento de la malaria. Sin embargo, el costo asociado con la extracción de este compuesto limita la aplicación de este tratamiento a gran escala. Artemisia sintetiza el compuesto a partir de componentes químicos simples los cuáles se modifican gracias a la intervención de enzimas que catalizan cada paso del proceso. En otras palabras, a partir de agua, luz y dióxido de carbono Artemisia produce artemisinina. Vale recordar que cada una de las enzimas que catalizan la producción de artemisinina en el cuerpo de Artemisia es el resultado de la correcta interpretación de componentes genéticos específicos, como habíamos indicado en el párrafo anterior. Si pudiéramos, entonces, lograr que un organismo simple interprete correctamente y en el momento adecuado los genes asociados con la síntesis de artemisinina, podríamos, en teoría, lograr que éste organismo sintetize el compuesto en una forma económicamente atractiva. Eso es precisamente lo que el equipo de investigación a cargo de Jay Keasling logró en el 2006 luego de transferir los componentes genéticos involucrados en la síntesis de artemisinina a una levadura que adquirió la capacidad de sintetizar el compuesto, reduciendo así el costo de producción de $2.40 por dosis de tratamiento a $0.25.

En otras palabras, se identificaron los componentes genéticos que sintetizan artemisinina en Artemisia, se introdujeron en una levadura, y con un poco de investigación la levadura empezó a producir artemisinina de la misma forma en la que Artemisia lo hace, a una fracción del costo. La analogía es la siguiente: el programa (genético) que sintetiza artemisinina en Artemisia se duplicó y transfirió a una levadura que lo interpreta correctamente; la levadura, entonces, produce artemisinina.

Con este antecedente se reconoce el rol de microorganismos modificados genéticamente en los procesos industriales del futuro, y se compara la incipiente tarea de programar microorganismos para tareas específicas con la forma en que las primeras computadoras personales aparecieron durante la década de 1970 y 1980. Usted puede ordenar genes y microorganismos a través del internet y puede construir intrumentos rudimentarios para experimentar con ellas, de la misma forma en la que aficionados a la computación desarrollaban hardware y software en sus garages hace casi 40 años.

Imitando a la vida

Biomímica significa, literalmente, imitar a la vida, y se refiere al desarrollo de soluciones basadas en organismos o en sus adaptaciones. Puede aludir a objetos o procesos inspirados en el mundo natural: el velcro, por ejemplo, imita el mecanismo que determinadas semillas utilizan para adherirse a ciertos sustratos y transportarse. Geckos y percebes han inspirado cintas adhesivas que no se desgastan, y pegamentos capaces de soldar tuberías bajo el agua, respectivamente. Prácticas como la vermicultura y el compostaje imitan la forma en la que bacterias, hongos y lombrices transfieren carbono, nitrógeno y fósforo desde biomasa biodegradable hacia el suelo. Aún más ejemplos de biomímica provienen de tiburones y ballenas: los primeros han evolucionado una piel que minimiza la fricción del agua, y las segundas, aletas pectorales que maximizan eficiencia y maniobrabilidad durante la locomoción. Como resultado de estas observaciones se han diseñado ternos de baño para competición que imitan la textura de la piel de los tiburones, y se planea el recubrimiento de submarinos y otros vehículos acuáticos con un material de similares características. Por el otro lado, las aletas pectorales de ballenas jorobadas han inspirado las aspas de recientes turbinas de viento y las alas de algunas aeronaves especializadas en acrobacias aéreas.

Estos ejemplos de biomímica comparten una cualidad común: la eficiencia, la capacidad de cumplir una función determinada con un mínimo consumo de energía y materiales. Las extremidades de los geckos se adhieren a superficies verticales sin compuestos químicos sintéticos por lo que no se desgastan. Los percebes se adhieren a la cubierta metálica de buques a través de pegamentos que se preparan y funcionan sin equipos de manufactura o soldadura, a temperatura y presión ambientales. La forma de los tiburones y ballenas de hoy en día es el elegante resultado de la interacción entre éstos organismos y su hábitat  marino luego de miles o millones de años. Vale recordar que todos estos organismos, y muchos más que agurdan ser descubiertos habitan nuestro país.

Ejemplos de biomímica más sutiles existen. Consideremos, por ejemplo, microorganismos y viajes espaciales. Microorganismos como levaduras y bacterias, por ejemplo, son sistemas biológicos extensamente investigados por lo que existen métodos estandarizados para su aplicación en actividades industriales. Por otro lado las bacterias, además, dirigen los ciclos del carbono, nitrógeno y virtualmente todo el resto de elementos naturales en la tabla periódica; por esta razón, son responsables de cambios geológicos importantísimos a nivel global. La presencia de oxígeno en nuestra atmósfera, por ejemplo, es resultado del metabolismo de bacterias fotosintéticas (cianobacterias) que aparecieron por primera vez durante el período Precámbrico, más de 500 millones de años atrás.

Pero, qué tienen que ver las bacterias con los viajes espaciales?

No mucho por el momento, pero la posibilidad existe de que otra clase de tripulantes acompañe a los astronautas del futuro. La idea, básicamente, es usar bacterias para volver habitable el ecosistema de una nave espacial de la misma forma en la que vuelven habitable nuestro planeta. Una colección apropiada de organismos podría entonces sustentar viajes espaciales de dos formas: minimizando el consumo de  energía y materiales, y reciclando elementos vitales dentro de la nave. Organismos fotosintetícos, por ejemplo, aprovecharían el dióxido de carbono que exhalamos y luz natural para sintetizar nutrientes, y reciclarían además elementos clave en los desechos de la nave reincorporándolos para su reaprovechamiento. Aun más, si podemos utilizar microorganismos para estabilizar el medio ambiente de una nave espacial y volverlo habitable, ¿podríamos utilizar un método similar para colonizar un planeta diferente? En teoría sí, pero necesitaríamos consultar una biblioteca natural acerca de los detalles que facilitan y sustentan la interacción entre entes biológicos y sus medio ambientes.

Ecuador

El territorio Ecuatoriano es un refugio de vida silvestre dentro del cual diversas especies han encontrado un hábitat hospitalario. Por su ubicación geográfica, el Ecuador es particularmente atractivo para especies que corren el riesgo de desaparecer frente a un clima modificado por diferentes temperaturas o diferentes patrones de precipitación, por ejemplo. Dada la variedad de microclimas y la variedad de posibilidades ecológicas que cada uno representa, una infinitud de organismos ocupan actualmente un nicho particular dentro de los diversos ecosistemas que el territorio Ecuatoriano alberga, desde las fumarolas submarinas en Galápagos, hasta las cumbres heladas del Chimborazo. Con el tiempo entonces, el Ecuador se ha convertido en un repositorio de vida, una biblioteca biológica que alberga una colección de especies con historias naturales muy diversas y muy antiguas. Estas especies interactúan con su medio ambiente promueviendo la estabilización y el funcionamiento a largo plazo del ecosistema y de los servicios que lleva a cabo. Es difícil entonces imaginar que en esta inmensa biblioteca viviente no podamos encontrar la página apropiada sobre la cual modelar soluciones a nuestros problemas actuales aplicando racionalmente la ciencia y la tecnología. Los últimos adelantos científicos en las áreas de metagenómica, bioinformática, ingeniería genética y biología sintética nos permiten, recién ahora, acceder y tener la posibilidad de aprovechar a cabalidad este conocimiento. La biología sintética y la bioinformática, por ejemplo, llevan el concepto de biomímica a su extremo: no solamente es posible imitar formas de vida, ahora es posible diseñarlas utilizando ingeniería genética.

Muy desafortunadamente, estamos perdiendo especies como nunca antes en nuestra reciente historia y disparamos a matar cuando de desalojar nativos de sus tierras ancestrales se trata (grupos humanos han poblado el oriente ecuatoriano por milenios utilizando solamente la selva como universidad, hospital y templo; ¿qué conocimiento se desvanecen para siempre cuando estos grupos desaparecen o son domesticados?). En otras palabras, hemos prendido fuego a la biblioteca cuando recién estamos aprendiendo a leer.

La biomímica permite el desarrollo de soluciones imitando la forma en la que sistemas naturales operan, por lo tanto, las posibilidades que esta práctica representa dependen de la diversidad biológica sobre la cual se modela. En el caso del Ecuador, la biodiversidad que nos ha entregado,  y continúa entregándonos una variedad de frutas y manjares, nos acercaría ahora un poquito más a las estrellas sólamente si nos comprometemos a utilizarla racionalmente y a mantenerla en el largo plazo. El incremento poblacional y las escuetas arcas fiscales obligan al gobierno a subastar el territorio Ecuatoriano para garantizar réditos y empleo con una concomitante amenaza hacia este patrimonio único e invaluable que ya ha sabido ser aprovechado, por muy pocos ecuatorianos, irónicamente.

La historia nos enseña que los primeros conquistadores intercambiaban con los nativos Ecuatorianos baratijas y basuritas por oro puro y que luego los volvieron esclavos. Reconocemos la magnitud del capital natural Ecuatoriano y el potencial de tal capital para transformar el mundo.

Ojala hayamos aprendido del pasado.

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