Una revisión permite entender cómo afectan los nanomateriales a las plantas

AGENCIA FAPESP/DICYT – Científicos del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura de la Universidad de São Paulo (Cena-USP), en Brasil, revisaron 1.154 artículos científicos originales publicados entre los años 2009 y 2022 que abordan el efecto de nanomateriales sobre 1.374 plantas de 253 especies. El objetivo consistió en capturar (en forma cuantitativa) y organizar los parámetros experimentales que aplica la comunidad científica, aparte de los resultados obtenidos en el transcurso de la última década.

Con los metadatos –los datos generados a partir de otros ya publicados en la literatura– el grupo de autores sistematizó cuáles son los nanomateriales más utilizados, en qué tipo de ambiente las plantas quedan expuestas, qué órganos vegetales son los más expuestos a los tratamientos y cuánto tiempo duran los estudios. Asimismo, los investigadores mostraron los porcentajes de tratamientos a base de nanomateriales que generaron efectos positivos, negativos o ambos, aparte de aquellos que no afectaron a las plantas.

Este trabajo contó con financiación de la FAPESP en el marco de siete proyectos (20/07721-9, 20/11178-9, 20/11546-8, 17/16375-4, 15/05942-0, 16/50014-6 y 17/21004-5). Y sus conclusiones se publicaron en un artículo en la revista Environmental Science: Nano, de la Royal Society of Chemistry, firmado por 15 investigadores de seis instituciones.

“Si pretendemos efectivamente explorar las propiedades de los nanomateriales para aumentar la productividad de los cultivos, o medir el potencial de riesgo que pueden ofrecer al ambiente, debemos planificar y ejecutar adecuadamente los estudios”, explica Hudson Wallace Pereira de Carvalho, autor principal del trabajo. “Los resultados obtenidos en un determinado experimento dependen de cómo se lo concretó”, complementa Pereira de Carvalho, quien se doctoró en química en la USP y en la Universidad París XI.

La investigación verificó que en el 71 % de los estudios no se utilizaron controles positivos, por ejemplo. Pero al evaluar el efecto de una determinada nanopartícula también se debería intentar incluir partículas micrométricas o compuestos solubles con composición química análoga. “El desacoplamiento de efectos provenientes de propiedades nanométricas de aquellos causados por iones o micropartículas podría verse facilitado mediante esta estrategia”, explica Pereira de Carvalho.

Otro tema que se abordó fue la concentración de nanomateriales a la que se expone a las plantas. “Notamos que, para un determinado elemento químico, las concentraciones son en general mayores que aquellas a las cuales las plantas están expuestas naturalmente en el ambiente o a aquellas a las cuales están expuestas en ambientes de producción agrícola”, dice el investigador. Y esto remite a otra cuestión: ¿los efectos obtenidos, especialmente los negativos, derivan de las concentraciones elevadas o realmente de propiedades del mundo nanométrico?

Asimismo, se constató que los estudios son cortos cuando se comparan su duración y el ciclo de vida de los cultivos. La mediana de la duración de la mayoría de los experimentos fue de 49 días para plantas cultivadas en suelo, lo que es muy poco en comparación con los ciclos anuales de los cultivos, de entre 90 y 120 días. En otras palabras, en una minoría de los estudios se evalúa el impacto de los tratamientos a base de nanomateriales sobre la productividad y la calidad de la producción. Y pocos experimentos (un 6 %) se realizaron en condiciones de campo (que requieren de un gran esfuerzo). En un experimento de campo, las variables de clima, patógenos y suelo se alteran de un lugar a otro. Por ende, para tener validez, debe concretárselo en lugares distintos e incluso durante más de una cosecha, según se consigna en el artículo. Por otra parte, antes de aplicar nanopartículas en el cultivo, debe prestárseles suma atención a experimentos sólidos realizados en invernaderos, para no propagar sustancias potencialmente tóxicas en el ambiente.

Los impactos

El grupo también verificó que tan solo en el 19 % de los estudios en los que se aplicaron nanopartículas en el suelo se analizó si las mismas causan algún impacto sobre microorganismos. “Estos últimos son componentes esenciales para el mantenimiento de la fertilidad del suelo”, advierte Pereira de Carvalho.

“Se hace difícil sacar conclusiones acerca de las razones por las cuales los experimentos se realizaron de esa forma. Por otra parte, nuestro metaanálisis apunta oportunidades y direcciones que puede ser interesante seguirlas”, dice el investigador. “Claramente, se trata de un área de conocimiento multidisciplinario relativamente reciente y aún hay mucho que estudiar.”

Se sabe que algunas propiedades son más acentuadas en partículas de menos de 29 nanómetros, por ejemplo. El estudio revela que alrededor de la mitad de los tratamientos se ubicaban por encima de ese límite. “Esto puede indicar que aún estamos intentando entender de qué manera el tamaño de las partículas afecta a las plantas.” Las observaciones apuntan una intrincada relación entre la capacidad de inferir conclusiones y el diseño experimental aplicado, culmina indicando el estudio.

La visión abarcadora y actualizada de los efectos de los nanomateriales en los sistemas vegetales plantea la cuestión de si estos generarán aportes incrementales de rendimiento al sustituir insumos actuales por otros basados en la nanotecnología, como la liberación controlada de fertilizantes y pesticidas, o si podrán revolucionar la agricultura al atacar problemas hasta ahora no abordados en la práctica, tales como el de “esquivar” los estreses y los mecanismos de defensa de las plantas o el de la modulación de su metabolismo.