Para la revista el crecimiento demográfico demanda una agricultura sofisticada e industrial capaz de alimentar los 9.7 miles de millones de habitantes estimados por la FAO para el año 2050.

Se propone para tal fin el desarrollo de tecnología agro-industrial de punta, la agricultura inteligente [smart farming]. La cual consiste en una la gestión “precisa” de recursos y prácticas como la siembra, la cosecha, el riego, el abono, los fertilizantes, en medidas controladas por computadora. Operaciones estrechamente controladas reducirían las malas prácticas de descuido de los recursos como el agua –lo cual al mismo tiempo aliviaría las presiones sociales, políticas y financieras que crecen en torno al cuidado de este recurso. En estas propuestas emerge la edición genómica [genome editing], una manipulación genética altamente precisa, haciendo posible la modificación de un cultivo o de un animal al nivel más singular de una letra genética. A diferencia de la ingeniería genética temprana (alteración completa de los genes de las especies, es decir, transgénicos) la edición genética simplemente imita el proceso de mutación en que se desarrollan los genes de una manera mucho más controlada.

Estos cambios tecnológicos, en el hardware, software y “liveware” están yendo más allá de los campos de cultivos, los huertos y los establos de animales, impulsando también la crianza de pescados y la horticultura. En el corto plazo estas mejoras aumentarán las ganancias de los agricultores por el incremento de la producción y la baja de costos por unidad producida, además beneficiará a los consumidores en la vía de precios bajos. Al mismo tiempo en el largo plazo esto podría solventar la incertidumbre de cómo alimentar al mundo sin poner en una tensión irreparable los suelos y océanos del mundo.

Para la revista el reto está en superar las barreras tecnológicas presentes, en un mundo donde a pesar de la mecanización actual, la introducción de nuevas variedades de cosechas y de agro-químicos están llegando a un “estancamiento de cosechas” [yield plateauing] en algunas partes del mundo. Ir más allá de estos límites requiere desarrollar tecnología.

Granjas inteligentes: Silicon Valley se encuentra con Central Valley

En varios aspectos, la tecnología de la información está apropiándose de la agricultura

La “agricultura inteligente” concibe a la agricultura como una matriz algebraica con distintas variables. Ésta pretende optimizarla con dos funciones: i) medir las variables que serán evaluadas con exactitud en la matriz y ii) automatizar gran parte de las labores del agricultor.

Un ejemplo de la automatización es el ensamblaje de sensores con un sistema de posicionamiento global (GPS global-positioning-system) en tractores y otras máquinas móviles para poder ser localizadas y poner en marcha en cualquier parte de la Tierra, esto hace posible un ahorro en combustible y mejora la uniformidad y la efectividad de fertilizantes, herbicidas y pesticidas.

Se señala la existencia de sensores de humedad en los sembradíos que envían información a una computadora en la nube (esto es la red de servidores que procesa una gran cantidad de operaciones informático-computacionales de alto rendimiento en el mundo) para ser analizados y al poco tiempo ser enviados de vuelta a un sistema de riego inteligente que permite que mangueras con agujeros perforados suelten chorros de agua con una dosis adecuada y calibrada de fertilizante de acuerdo a los cálculos obtenidos por la nube. Esta nueva técnica ahorra un 80% de agua consumida por técnicas comunes de irrigación, lo cual se traduce también en ahorro de dinero.

Otra técnica parte del conocimiento de la humedad. Esto a través de pequeños sensores sembrados en la tierra que puedan indicar el contenido nutritivo y su respuesta ante la aplicación del fertilizante. Todo esto para obtener una ´tasa variable de siembra´ (variable-rate seeding) que mide la densidad de las plantas cultivadas para adaptarse a las condiciones locales. Y es justamente esa densidad la que está bajo un preciso control. También se puede obtener información mediante la planeación de aparatos aéreos para examinar la intensidad con la que las plantas absorben o reflejan diferentes longitudes de onda de la luz solar y así saber qué cultivos están floreciendo y cuáles no.

Bichos en el sistema

Actualmente parte de la biotecnología aplicada a la agricultura está trabajando con microbios para mejorar la fertilidad de los suelos. Donde la competencia aumenta y las tensiones crecen entre grandes empresas y empresas emergentes (Dato Crucial 2). La gran meta es diseñar productos a partir de bacterias y hongos fijadores de nitrógeno que mejoren los niveles de absorción de las raíces de los cultivos (trigo, soja, maíz y otras).

Boletos de plataforma

En décadas recientes las grandes corporaciones han acaparado el suministro de las necesidades de los granjeros comerciales, principalmente en Estados Unidos y Europa (Dato Crucial 4). Sus modelos de negocios están cambiando, buscando desarrollar plataformas de sotfware para procesar matrices [matrix-crunching software platforms] que operen como sistemas de gestión en las granjas. Estas plataformas recolectarán información de granjas individuales para procesarla en la nube y así crear un historial de cada granja sobre el comportamiento de sus cosechas individuales y pronósticos del clima local. Con ello pretenden hacer recomendaciones a los granjeros y quizá ofrecerles más productos.

Esta rama naciente de sistemas de gestión de información en la agricultura inteligente, a diferencia de otras [maquinaria y agroquímicos] con altas barreras a la entrada, está abierta a cualquier inversionista.

Los actuales sistemas de gestión agrícola [farm-management systems] abordan desde la información individual de algún agricultor para proponerle soluciones, pero también existen los que generan una base de datos cooperativa, que en base de información anónima se alimenta una matriz que opera y genera soluciones para que varios se beneficien. Utilizan modelos matemáticos que describen el comportamiento de las principales variables, software de gestión de cultivos [farm-management software]. Esta tecnología se perfecciona cada vez más al tiempo que disminuye sus precios. Lo cual lo hace más accesible en el mercado. Distintos sensores de temperatura, de iluminación, de humedad, pueden medir la capacidad de conductividad del suelo y otros los nutrientes: nitrógeno, potasio, fósforo del estiércol líquido que puede ser esparcido mediante rociadores que se ajustan en tiempo real.

También se experimenta con una gama amplia de drones [cuadricópteros o aviones] ligeros y con satélites para usar cámaras multiespectrales térmicas de alta resolución que detectan áreas cultivadas en problemas. Incluso los satélites pueden hacer comparaciones de la calidad del suelo con sus antecedentes históricos mostrando el pronóstico de su productividad y rendimiento. Por otra parte la automatización de los cultivos implica también la inclusión de robots en los campos, robots-agrícolas [agricultural-robot]. Dispositivos móviles solares que pueden identificar la mala hierba en los campos de vegetales y los ataca individualmente. En un futuro próximo podrían recolectar las frutas y vegetales reduciendo el tiempo de la cosecha. Automatizar estos procesos robóticamente reduciría los costos en dinero y tiempo.

Visión tunel

La tendencia al control total está aún más próxima en los cultivos que crecen en entornos completamente artificiales (Dato Crucial 6). Growing Underground en Inglaterra está cultivando en vacíos subterráneos plantas saladas, los invernaderos con paredes de vidrio o de policarbonato son diseñados para dejar pasar tanta luz solar como sea posible. Las cosechas se hacen en túneles bajo tierra, con lámparas LEDs regulados para que la luz que emitan sea óptima para la fotosíntesis de las plantas. Mediante sensores bajo tierra se recopila la información que es enviada al departamento de ingeniería en la Universidad de Cambridge para ser comprimida y analizada. Este tipo de agricultura también puede adaptarse a edificios o lo que se está conociendo como granjas verticales. Y con un preciso control de sus insumos y por tanto del producto.

La agricultura necesita mejores productos. La comprensión genética los proveerá

Importantes investigaciones alrededor del mundo están llevando a cabo la experimentación con una nueva forma de fotosíntesis C4 –la fotosíntesis común posee 3 átomos de carbón (C3)– mediante la incorporación de 5 enzimas externas para que la fotosíntesis de las plantas se acelere y crezcan mucho más rápido. Cultivos tropicales como el arroz crecería el doble si tomará la ruta de fotosíntesis C4. La parte aún difícil será encontrar los cambios genéticamente necesarios para generar la compartimentación. Otros grupos están trabajando de la misma forma con modificaciones para hacer los cultivos más resistentes a diversas adversidades –la humedad, calor, frío, sal, entre otras– o crear mayor inmunidad a infecciones o infestaciones, proveiendo además valores nutricionales adicionales. Por cuestiones tanto técnicas como sociales, esta tecnología no ha ido muy lejos.

Deletréalo para mí

Nuevas alternativas están emergiendo como propuestas ante el rechazo social y dificultades técnicas que presentan los transgénicos. La edición genética sustituye pequeñas ´letras´ genéticas (nucleótido) haciendo más precisa la técnica e imitando el proceso natural de mutación (la cual es la base de todas las variedades de fitomejoramiento [plant breeding*] convencional).

Una de las técnicas más comunes es la llamada CRISPR/Cas9, es una forma en la cual las bacterias atacan los genes de los virus invasores (Dato Crucial 7). Por otro lado existe otra técnica llamada Rapid Trait Developmnet System (RTDS) que consiste en apropiarse del mecanismo natural de reparación de ADN de una célula para realizar cambios de un solo nucleótido en los genomas. Queda por ver si el consumidor aprobará la edición genética.

The Economist confía en que nadie se opondrá a un segundo método de rápido desarrollo de mejora de cultivos de fitomejoramiento llamada selección genética (genomic selection). La cual es una versión superior de la selección asistida por marcadores (marker-assisted selection), un proceso que en sí mismo ha estado reemplazando a las técnicas convencionales de fitomejoramiento. Ambas técnicas se basan en el reconocimiento y marcado de fragmentos de ADN encontrados en o cerca de lugares llamados ´rasgo de ubicación cuantitativo´ (QTL: quantitative trait loci), el cual es una parte de un genoma que tiene un efecto medible y predecible sobre un fenotipo. Es decir una planta con un marcador deberá mostrar el efecto fenotípico del QTL. La diferencia entre ellos es que la selección asistida convencional por marcadores se basa en unos pocos cientos marcadores, ahora los métodos de detección se han perfeccionado, utilizando polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs: single-nucleotide polymorphisms) como marcadores. Un SNP es un lugar donde una letra genética varía en una parte inmutable del genoma, y hay miles de ellos. También el poder de la informática hace posible la vinculación de los SNPs con los QTLs lo que significa saber cuáles son las plantas que están madurando y cuáles deberían ser cruzadas con otras para obtener mejores resultados (Dato Crucial 8 y 9).

Pisicultura: captura del día

El cultivo de peces marinos en tierra firme aliviará la presión sobre los océanos

Un grupo de acuicultores del Instituto de Marina y Tecnología Ambiental está intentando crear un ecosistema artificial en el sótano de una construcción en el muelle en el puerto de Baltimore para hacer un criadero de peces de mar del mismo mar y criarlos en tierra firme. El pescado fresco sería accesible a millones y disminuiría la exposición de contaminación en el entorno marino. La acuicultura de peces de agua salada empezó a operar hace algunas décadas en escala industrial, ahora la acuicultura está teniendo auge. El ecosistema recicla el agua purificada con tres tipos de bacterias (un conjunto convierte el amoníaco excretado por el pescado en iones de nitrato; otro transforma éstos en nitrógeno y agua; y un tercero trabaja en los residuos sólidos filtrados del agua, lo transforma en metano y con un generador especial proporciona una parte de la energía que mantiene toda la operación funcionando). El resultado es un sistema cerrado que se puede establecer en cualquier lugar, no genera contaminación y puede mantenerse libre de enfermedades. Se está trabajando en reproducir un mayor rango de especies que pueden crecer ahí: atún, salmón, etc.

Fuimos a pescar

Los investigadores han implementado transgénicos en el cultivo de peces durante las últimas dos décadas para hacer su crecimiento mucho más acelerado. No obstante esto sigue siendo en gran parte experimental pero se cree que los consumidores tendrán el mismo comportamiento negativo respecto los cultivos transgénicos. La alta tecnología podría mejorar las técnicas convencionales de la crianza selectiva de peces. Estos podrían ser mejorados con la técnica de selección genética del DNA aplicado a los peces (Véase Dato Crucial 10). Aplicaciones nacientes están siendo implementadas en Noruega para combatir ciertos males en los criaderos (infestaciones e infecciones). Por la introducción de los SNPs [single-nucleotide polymorphism] una variación de una letra genética singular en un genoma usado como marcador se ha logrado producir distintas variedades de salmón. La revista señala que para la exitosa crianza de pescado es necesario alterar la naturaleza.

Cría de animales: respuestas en existencia

La tecnología puede mejorar no solo la productividad sino la salud animal también

En la crianza de animales existen fuertes límites morales que presionan sobre cómo tratar cuidarlos y mantenerlos. En el caso particular del ganado existe desde hace tiempo la implantación de sensores privados que se implantan al interior de la panza del animal para medir la acidez del estómago y monitorea problemas digestivos. Ahora han sido complementados con detectores alrededor del cuello de la vaca que sirven para recopilar su movimiento transmitiendo su información a la nube y con ello se puede conocer su estado de salud, prever accidentes, indicar cuando está lista para la inseminación o en celo. Apoyándose en la selección genética se garantizaría que el semen fuera utilizado para la inseminación y continuar en la perfección de las crías de vacas.

Hay temores de que estos controles de cuidado y calidad no apliquen en aquellos animales que han tenido modificaciones en el ADN (Dato Crucial 11). Otros casos están trabajando en una mutación para incrementar la masa muscular de los animales, lo cual implica editar los genes de una proteína llamada miostatina.

¿Dónde está la carne de res?

Algunas otras propuestas buscan fabricar la masa muscular por sí mismos (Dato Crucial 12). El proyecto ha sido desarrollado en Holanda por el investigador Mark Post quien trabaja en el crecimiento de células en recipientes con un caldo de nutrientes dentro de pequeñas esferas de vasos sanguíneos. Esta innovación reduciría el costo de carne por kilogramo. Una empresa llamada Memphis Meats ha retomado la propuesta y piensa llevarla en ejecución en Estados Unidos. Esto planea expandirse incluso para mejorar el huevo blanco mediante la modificación de la mezcla de proteínas.

Hacia 2050: Bordes a través de la tecnología

La tecnología transformará las vidas de los agricultores tanto en los países ricos como en los pobres

Para la revista uno lo de los logros poco reconocidos del progreso de la humanidad es que cada vez menos gente está trabajando en la agricultura (Dato Crucial 13 y 14). Observando el crecimiento monumental de la productividad en la agricultura por la aplicación de las técnicas modernas, se reconoce que el efecto en las naciones pobres es menos notorio, pero se subraya que la dirección del progreso es la misma. Por otro lado se señalan los límites de las posturas maltusianas sobre un crecimiento poblacional que sobrepase el crecimiento de los alimentos, el cual no ha llegado y es poco probable; pero también del neo-ludismo que bloquea el libre desarrollo de nuevas tecnologías en la agricultura (como los transgénicos).

The Economist mantiene firme su apuesta en las innovaciones tecnológicas como la edición genética, que tendrán buena aceptación social. El desarrollo tecnológico en la agricultura no es sinónimo de desaparición de las granjas y los agricultores, sin embargo la velocidad en la que se instaure la nueva tecnología hará de la agricultura parecerse cada vez más a simples operaciones manufactureras. Tales granjas de larga escala probablemente seguirán siendo atendidas por las grandes corporaciones que proveen semillas, stock, máquinas y planes de mantenimiento. No obstante el futuro abre también oportunidades para otras empresas, como la rama del cría de peces en tierra firme y la construcción de granjas urbanas verticales. En las partes más pobres, donde escasea la tecnología de punta, el alcance de los cambios es impredecible.

Más aún el futuro a más largo plazo parece brumoso. La ingeniería genética a larga escala podría causar ciertos escrúpulos entre la población.

* Plant breeding: Fitomejoramiento, es “la ciencia que tiene como objeto modificar o alterar la herencia genética de las plantas para obtener tipos mejorados (variedades o híbridos), mejor adaptados a condiciones específicas y de mayores rendimientos económicos que las variedades nativas o criollas” (http://manuel-polanco.blogspot.mx/).