La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Fotosíntesis in silico, Plantas Transgénicas, y Algoritmos Evolutivos

Posted by Carlos en diciembre 6, 2007

La evolución natural es muy frecuentemente un proceso anti-intuitivo. Tendemos a etiquetar diferentes características de algunos organismos como positivas o negativas, pero luego observamos como sorprendentemente estas características no han sido plenamente optimizadas durante el proceso evolutivo. Hay muchas razones por las que esta aparente paradoja no es más que el resultado de un análisis incompleto de la situación. Por ejemplo, existen restricciones estructurales que restringen los posibles cambios evolutivos en cada instante, hay variables ocultas cuya interacción con las variables analizadas no se tiene en cuenta, y existe una situación de recursos limitados que impide que en general la evolución de diferentes componentes de un organismo pueda realizarse de manera independiente entre sí. Si a todo esto le añadimos que la característica final optimizada por la selección natural es la eficiencia en supervivencia y fertilidad, no es de extrañar que características que externamente consideraríamos importantes puedan tomar caminos evolutivos sorprendentes.

hojaUn ejemplo de índole mucho más práctica de todo lo anterior lo encontramos en el ámbito de las plantas. La eficiencia del proceso de fotosíntesis es fundamental para el crecimiento de la planta y de los frutos que produce. Sin embargo, la distribución de recursos metabólicos optimizada por la evolución para maximizar localmente la supervivencia y la reproducción no necesariamente conlleva una maximización de la productividad fotosintética. El cómo dicha productividad podría mejorarse con una diferente distribución de recursos es algo que ha sido estudiado por Xin-Guang Zhu, Eric de Sturler and Stephen P. Long, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaing, Virginia Tech y el NCSA, en un trabajo titulado

publicado en Plant Physiology. Zhu et al. han utilizado un modelo computacional del metabolismo de la fotosíntesis del carbono, compuesto por una colección de ecuaciones diferenciales entrelazadas en las que intervienen 38 variables enzimáticas. La concentración de estas enzimas está sujeta a una restricción global de contenido de nitrógeno, lo que implica que aumentos en una conllevan disminuciones en otra. Usando este modelo computacional en un escenario de recursos fijos como el descrito, puede determinarse cuál sería la eficiencia fotosintética de una planta en unas condiciones ambientales determinadas, dada una cierta concentración inicial de cada una de las enzimas. Esta concentración ha sido posteriormente optimizada para maximizar la eficiencia fotosintética mediante un algoritmo evolutivo (como nota curiosa, los autores del trabajo citan a D.E. Goldberg -quizás por la cercanía geográfica, ya que Goldberg está también en Illinois- en relación al algoritmo evolutivo, aunque el enfoque que emplean es una estrategia de evolución al más puro estilo de H.-P. Schwefel e I. Rechenberg).

Xin-Guang Zhu et al. (c) American Society of Plant Biologists
Credit: Xin-Guang Zhu et al. (c) American Society of Plant Biologists

Como puede apreciarse en la figura superior (tomada de la figura 4 en el artículo citado), se consigue optimizar la absorción de CO2 mediante el ajuste de las concentraciones enzimáticas. Esta información resulta de gran utilidad con vistas a la experimentación transgénica, ya que da pistas muy relevantes sobre modificaciones genéticas que pueden explorarse. Más aún, hay una circunstancia fundamental que debe considerarse: el cambio antropogénico en la concentración atmosférica de CO2. Las plantas actuales han evolucionado durante 25 millones de años con concentraciones de CO2 de 235 μmol mol-1, pero en la actualidad esa concentración ha alcanzado 384 μmol mol-1, y puede llegar a 700 μmol mol-1 a finales de siglo. Claramente la evolución natural trabaja a una escala temporal mucho más larga, por lo que no se puede esperar una adaptación rápida a estas nuevas características ambientales. La eficiencia de la fotorrespiración se reducirá en plantas silvestres, lo que abundará en la necesidad de la experimentación transgénica para el consumo humano (habida cuenta que no parece que se vaya a estabilizar el nivel de CO2 a medio plazo).

Anuncios

2 comentarios to “Fotosíntesis in silico, Plantas Transgénicas, y Algoritmos Evolutivos”

  1. invitado said

    Hola Carlos.

    Hay una cosa que no termina de quedarme clara y es que no entiendo por qué la eficiencia fotosintética se va a reducir si precisamente un incremento de la [CO2] se traduce en una mayor afinidad de la rubisco por el CO2, de manera que la actividad oxigenasa se reduce en tanto que se incrementa la carboxilasa.

    Un saludo y enhorabuena por el blog.

  2. Carlos said

    Muchas gracias por tu comentario. Tienes toda la razón, lo que se reduce no es la eficiencia fotosintética, sino la fotorrespiradora. Lo acabo de modificar. Un saludo.

Sorry, the comment form is closed at this time.

 
A %d blogueros les gusta esto: