Biocombustibles, Seguridad Alimentaria y Cultivos Transgénicos
Biocombustibles, Seguridad Alimentaria y Cultivos Transgénicos
Biofuels, food security and transgenic crops
Orlando Acosta1 y Alejandro
Chaparro-Giraldo2
1 Departamento de Ciencias Fisiológicas, Facultad de Medicina-Instituto de Biotecnología,
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. oacostal@unal.edu.co
2 Departamento de Biología, Instituto de Genética. Facultad de Ciencias, Universidad Nacional
de Colombia. Bogotá. achaparrog@unal.edu.coRecibido 11 Noviembre 2008/Enviado para Modificación 20 Enero 2009/Aceptado 9 Febrero 2009
RESUMENEl alza mundial de precios de los alimentos está amenazando con precipitar
más pobres bajo la línea de pobreza, esto probablemente se agravará por el desafío que
la creciente población y el cambio climático están presentando a la seguridad
alimentaria. Existe evidencia de que las actividades humanas que consumen combustibles
fósiles y usan tierras están contribuyendo a las emisiones de gases de invernadero y
al cambio climático global. La naturaleza agotable de las reservas de combustibles
fósiles y el cambio climático están suscitando preocupaciones sobre la seguridad
energética, generando interés en la utilización de energías renovables como
los biocombustibles. Existen preocupaciones por la producción de biocombustibles a
partir de cultivos alimenticios por la posible competencia con su utilización para
alimento humano y animal. Pero los biocombustibles pueden ser producidos de otras
materias primas como ligno-celulosa de pastos perennes, forestales y deshechos vegetales.
El contenido energético de los biocombustibles no debe exceder la energía de los
combustibles fósiles utilizados en su producción, para asegurar su sostenibilidad
energética, competitividad económica y aceptación ambiental. El cambio climático y
los biocombustibles están desafiando los esfuerzos de la FAO para erradicar la
hambruna del mundo en la próxima década. Los cultivos utilizados actualmente en la
producción de biocombustibles no han sido domesticados para este fin; la tecnología
transgénica de plantas puede ofrecer una enorme contribución al mejoramiento económico y
ambiental de los cultivos para biocombustibles. En el presente artículo se
presentan críticamente algunas de las relaciones entre biocombustibles, seguridad alimentaria
y tecnología transgénica de plantas. Palabras Clave: Biocombustibles, cambio climático, plantas
modificadas genéticamente, seguridad alimentaria
(fuente: DeCS, BIREME).
ABSTRACT Soaring global food prices are threatening to push more poor people back below
the poverty line; this will probably become aggravated by the serious challenge that
increasing population and climate changes are posing for food security. There is growing
evidence that human activities involving fossil fuel consumption and land use are contributing
to greenhouse gas emissions and consequently changing the climate worldwide.
The finite nature of fossil fuel reserves is causing concern about energy security and there
is a growing interest in the use of renewable energy sources such as biofuels. There
is growing concern regarding the fact that biofuels are currently produced from food
crops, thereby leading to an undesirable competition for their use as food and feed.
Nevertheless, biofuels can be produced from other feedstocks such as lingo-cellulose from
perennial grasses, forestry and vegetable waste. Biofuel energy content should not be
exceeded by that of the fossil fuel invested in its production to ensure that it is
energetically sustainable; however, biofuels must also be economically competitive
and environmentally acceptable. Climate change and biofuels are challenging FAO
efforts aimed at eradicating hunger worldwide by the next decade. Given that current
crops used in biofuel production have not been domesticated for this purpose,
transgenic technology can offer an enormous contribution towards improving biofuel
crops' environmental and economic performance. The present paper critically presents
some relevant relationships between biofuels, food security and transgenic plant technology.Key Words: Biofuels, climate change, food security, genetically modified plants
(source: MeSH, NLM).
Seriamente su seguridad alimentaria. Como factores incidentes en esta alza
de precios se señalan los altos precios internacionales del petróleo, el cambio
climático y los biocombustibles (1,2). A estos factores se agrega el acelerado
incremento del ingreso de algunos países como China e India, lo que ha conducido a
una elevada demanda por proteína de origen animal, la cual es
metabólicamente construida con la ingestión de productos agrícolas (maíz, soya, pastos)
utilizados en la nutrición animal, varios de ellos comunes a la nutrición humana. Un
número creciente de países desarrollados y en rápido desarrollo han visto en
los biocombustibles una oportunidad para depender menos de combustibles
fósiles, beneficiar el ambiente y desarrollar la economía rural (3). Se estima que
la actual población humana cercana a 6.5 miles de millones (mml) de habitantes
se aproximaría a 9-10 mml en el año 2050 (4), duplicándose así la demanda
por alimento proveniente de la agricultura (5). La preocupación sobre el derecho
a los alimentos se intensifica frente al tema de los biocombustibles,
especialmente cuando estos son descritos como la conversión de alimento en combustible
(6). En el presente artículo, se presenta críticamente la relación entre
biocombustibles, seguridad alimentaria y la oportunidad ofrecida por la tecnología transgénica.
MÉTODOS
Se realizo una búsqueda sistemática de literatura publicada entre 1998 y
2008 sobre el tema de biocombustibles en sus componentes energéticos, ambientales
y de seguridad alimentaria, y sobre la potencialidad de utilización de la
tecnología transgénica para el mejoramiento de cultivos fuente de biocombustibles. Se
accedió a las bases de datos Science Direct, Jstor y Medline, utilizando las palabras
de búsqueda: "biofuels energy", "biofuels environment", " biofuels food
security", "biofuels transgenic crops" y "climate change food security". Se acudió sobre
los mismos temas al banco de publicaciones de la FAO y las Naciones Unidas,
particularmente al Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Las
relaciones entre los temas constituyeron la unidad de análisis del presente trabajo. El Tema EnergéticoRecientemente una economía basada en biocombustibles renovables
(etanol, biodisel, metano, hidrogeno) se proyecta hacia la reducción de la dependencia
de combustibles fósiles, la disminución de emisiones de gases de invernadero
(GHG) y el fortalecimiento de economías rurales (7). Sin embargo, se han expresado
al respecto algunas preocupaciones ambientales y de seguridad alimentaria
(2,8). Los combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo) contribuyen
actualmente a cerca del 80 % del total de las fuentes energéticas globales y sus
reservas actuales durarían entre 41 y cerca de 700 años, dependiendo de los
avances tecnológicos y de las tasas de producción y de consumo (9,10). La
naturaleza finita de estas reservas fósiles ha incrementado el interés por ampliar el
portafolio energético con fuentes energéticas alternativas y renovables, tales como
los biocombustibles. Se estima que el consumo de petróleo se incrementará en
las próximas tres décadas, pasando de 85 millones de barriles por día en 2006 a
118 en 2030 (11), mientras que su producción presentaría su mayor pico entre 2010
y 2020. Esto, como balance, conduce a serias preocupaciones sobre la
seguridad energética. En los últimos años se ha presenciado un alza vertiginosa en el
precio del barril, el cual pasó de US $ 25 en el 2000 a US $ 140 en junio de 2008
(12). Aunque en octubre de 2008 descendió su precio a
US $ 61, los precios de los alimentos no experimentaron descensos significativos.La producción global de biocombustibles líquidos se ha incrementado de
4.4 mml de litros en 1980 a 42.2 mml en 2005 (13), siendo los mayores
productores USA (16.1 mml), Brasil (16 mml) y China (3.8 mml). La producción de
biodisel pasó de 11.4 millones de litros en 1991 a 3.8 mml en 2005 (14). Alemania,
Francia, USA e Italia se encuentran en los primeros lugares de producción de
biodisel (15). La producción viable de un biocombustible implica considerar
beneficios ambientales comparados con los combustibles fósiles, competir
económicamente con ellos, producirse en cantidades suficientes para satisfacer la demanda,
y ante todo producir una ganancia energética neta (NEG) en comparación con
la energía invertida en su producción (16). Los análisis cuantitativos indican que tanto la producción de etanol y
biodiesel en USA a partir de maíz y soya, respectivamente, tienen resultados positivos
en términos de balance energético neto (NEB). Es decir, el contenido energético
de los biocombustibles sobrepasa los insumos de energía representados en
combustibles fósiles (16). Estos hallazgos desvirtúan aseveraciones sobre valores
negativos de NEB para ambos biocombustibles. Sin embargo, el NEB para el
etanol de los granos de maíz es relativamente pequeño, generándose cerca de 25
% más energía que la consumida en en su producción, mientras que el biodiesel
de soya posee un NEB de aproximadamente 93 % (16).Tanto la producción de maíz como de soya tienen efectos ambientales
negativos asociados a la movilización de agroquímicos, especialmente nitrógeno,
fósforo y plaguicidas (17). Aunque el etanol se puede mezclar con la gasolina
como un oxigenato para reducir la cantidad de monóxido de carbono (CO), los
compuestos volátiles orgánicos (VOC), la materia particulada con diámetro
aerodinámico igual o menor de 10 mm (PM10) producida por la combustión y
las emisiones totales de ciclo de vida de cinco de los mayores polutantes [CO,
VOC, PM10, óxidos de azufre (SOx) y óxidos de nitrógeno
(NOX)] se incrementan con la mezcla etanol de maíz-gasolina ("N85") en comparación con la gasolina
(18). Por el contrario, la adición de pequeñas cantidades de biodiesel al diesel
disminuye CO, VOC, PM10 y NOX después de la combustión, y además esta
mezcla reduce las emisiones de ciclo de vida para tres de estos polutantes (VOC,
PM10 y SOX) comparado con el diesel (19). Se asume que los biocombustibles
con NEB mayor de 1 reducen el CO2 liberado por los combustibles fósiles dado
que las plantas remueven el CO2 de la atmosfera y que la combustión de
los biocombustibles produce menos
CO2. Una fuente adicional para la producción de etanol la constituyen los
componentes ligno-celulósicos de la biomasa de las plantas, tales como los pastos
perennes ("swichtgrass"pasto aguja, Panicum
virgatum), residuos de cultivos y masa forestal, de los cuales se puede obtener etanol mediante sacarificación
y fermentación (20). Estas fuentes etanólicas potencialmente podrían desplazar
el 30 % de nuestro actual consumo de petróleo (21), sin embargo, sus costos
de producción se han juzgado relativamente altos (22). En estudios iniciales, el pasto aguja mostró un NEB de 343 % cuando
fue utilizado para producir etanol a partir de biomasa (23). Estudios más
recientes utilizando producciones de biomasa simuladas, y estimando los insumos
agrícolas, han indicado que este pasto podría producir un NEB de más 700% (24,25),
o más de 540 % de acuerdo con ensayos de campo (26), mientras que las
emisiones de GHG se han estimado cerca de cero (7,26) o ligeramente positivas (24). Seguridad AlimentariaLa FAO ha definido la seguridad alimentaria como una "situación que existe cuando toda la población, en todo momento, tiene acceso físico, social y económico a
alimento suficiente, seguro y nutritivo que satisface sus necesidades dietéticas y
preferencias alimentarias para una vida activa y
saludable" (27). Aunque las cuatro
dimensiones que esta definición comprende (disponibilidad, estabilidad, accesibilidad y
utilización) no siempre son satisfechas, los escenarios del SRES ("Special Report
on Emissions Scenarios") (28) describen un escenario donde el crecimiento
del ingreso mundial permitirá a la mayor parte de la población mundial afrontar
la escasez de alimento con la importación (28,29). Se considera que los
ingresos crecen a una tasa mayor que el precio real de los alimentos, lo cual indicaría
que la participación del ingreso gastado en los alimentos disminuiría y que aún
un incremento en los precios de los alimentos no crearía una mayor carga en
el gasto alimentario de los pobres. Sin embargo, la actual situación demuestra
que una inesperada alza en los precios de los alimentos está poniendo en riesgo
la seguridad alimentaria de muchos pobres. En momentos de libre comercio, se hace pertinente la discusión sobre
la seguridad alimentaria en términos de si el alimento se encuentra disponible, o
si los recursos monetarios y no monetarios a disposición de la población son
suficientes para permitirle a cada uno el acceso a cantidades adecuadas de
alimento (30). En esta discusión se ha argumentado que la autosuficiencia nacional no
es necesaria ni suficiente para garantizar la seguridad alimentaria a nivel
individual. Se cita el caso de Hong Kong y Singapur, que no son autosuficientes
(agricultura inexistente) pero sus ciudadanos tienen seguridad alimentaria, mientras India
es autosuficiente, pero una gran parte de su población no tiene seguridad
alimentaria (30). Cambio ClimáticoEn los últimos años se ha reconocido la complejidad de los efectos del
cambio climático sobre las diferentes dimensiones de la seguridad alimentaria y sobre
la agricultura (30). Se han destacado los escenarios del SRES (28), donde el
escenario A2 es particularmente importante para la agricultura y las fuentes
alimentarias porque asume el más alto crecimiento poblacional y por lo tanto la más
alta demanda por alimentos. De acuerdo con estos escenarios y los modelos
climáticos considerados, se proyecta que la temperatura promedio de la superficie
terrestre se elevará entre 1,8º C y 4,0º C en el 2100 (31). Estos cambios podrían
conllevar algunos beneficios en las zonas (latitudes) templadas, ampliando el espectro
de áreas potencialmente cultivables y eventualmente incrementando la
producción agrícola, aunque algunas plagas podrían expandir su alcance. Sin embargo,
las olas de calor y las sequías se podrían incrementar en la zona mediterránea,
así como las precipitaciones, las inundaciones y posibles tormentas costeras en
las zonas templadas (32). Las regiones semiáridas y áridas probablemente
reducirían sus pastos y su producción pecuaria, y algunas llanuras tropicales
podrían convertirse en regiones áridas (31). El incremento de la concentración atmosférica de CO2 es otro cambio
para la agricultura. En 2010, en el escenario SRES B1, el de más bajas emisiones,
la concentración de CO2 pasará de cerca de 379 ppm hoy a cerca de 550 ppm,
o a cerca de 880 ppm en el escenario SRES A1 (28,31). Una alta concentración
de CO2 puede tener efecto positivo sobre muchos cultivos, elevando la
producción de biomasa, pero la magnitud de ese efecto no es clara dado que depende
de varios factores del manejo agronómico y del tipo de cultivo (33). Se anticipa
que la calidad de cultivos y tierras podría mejorar considerablemente en los países
de alta latitud (desarrollados) y desmejorar en las bajas latitudes (países en
desarrollo) (29). El cambio climático afectará todas las dimensiones de la seguridad
alimentaria: disponibilidad (producción y comercio), acceso, estabilidad de fuentes de
alimentos, y utilización de alimentos (27,30,34). Esencialmente todas las
evaluaciones cuantitativas muestran que el cambio climático intensificará la dependencia
de los países en desarrollo en materia de importaciones y acentuará la
inseguridad alimentaria. Muchos estudios cuantitativos indican que el
ambiente socioeconómico sobre el cual impactarán los efectos del cambio climático
es más importante que los impactos esperados de los efectos biofísicos
mismos (30). Cultivos Transgénicos y BiocombustiblesLa revolución agrícola de los años 1960 se ha caracterizado por el uso
excesivo de tierra, agua y energía, donde esta última ha provenido esencialmente de
los combustibles fósiles a través de los fertilizantes, los plaguicidas, la irrigación y
las operaciones mecanizadas, entre otros (35,36). Esta preocupante dependencia
de la seguridad alimentaria de unas reservas limitadas de combustibles fósiles
ha sido ampliamente reconocida (37). A sus limitaciones energéticas fósiles se
añade ahora la exigencia de responder doblemente a la seguridad alimentaria y a
los requerimientos de los biocombustibles. Esta circunstancia plantea la
necesidad de considerar la contribución de la moderna biotecnología en su versión
transgénica (38). Se debe reconocer que las especies cultivadas como fuente de
combustibles no han sido domesticadas para tal propósito. Se hace necesaria la
supresión de genes específicos o la inserción de genes foráneos para imprimirles
valor agronómico, ambiental y energético. La humanidad ha utilizado durante milenios la combustión de materiales
biológicos, con su consecuente polución. La producción de biocombustibles de
primera generación suscita preocupaciones ambientales. La destilación del etanol
o butanol utiliza energía derivada de la combustión del bagazo de caña, lo
cual causa afecciones pulmonares. Aunque existe la prohibición mundial sobre el
uso de metil bromuro para fumigar los suelos, debido a que es un potente
GHG, continúan existiendo fuentes naturales de estos haluros de alcanos que
reducen la capa de ozono, como es el caso de los cultivos de canola y otras especies
de Brassica. Esta nociva contribución podría ser reducida significativamente a
través de transgénesis, teniendo en cuenta que el gen que codifica para la
síntesis de haluros de metilo ha sido caracterizado y su expresión suprimida
en Arabidopsis (39). El biodisel se podría solidificar a bajas temperaturas, lo cual
se podría resolver a través de modificación genética de la planta oleaginosa
dirigida a obtener cadenas más cortas y más fluidas de acido graso (40). Mediante tecnología transgénica ha sido posible duplicar el contenido total
de azucares de la caña de azúcar (41). Sin embargo, la tecnología de segunda
generación de biocombustibles a partir de biomasa ligno-celulósica para producir
etanol tiene limitaciones en la digestión/fermentación de este sustrato. La presencia
de lignina dificulta la digestión de la celulosa por parte de la celulasa.
Actualmente se ha logrado incrementar la eficiencia de las celulasas y se han producido
plantas transgénicas de maíz que expresan altas concentraciones de esta
enzima (42). Se está intentando modificar cultivos tales como sorgo, maíz, pasto
aguja, trigo y arroz mediante mejoramiento genético convencional para modificar
el contenido de lignina y celulosa y para acumular carbohidratos más digeribles
por carbohidrasas, pero la limitada variación en los genomas ha dificultado el
objetivo (40). Actualmente se desarrolla un proyecto de modificación transgénica de
pasto aguja para disminuir su contenido de lignina (43). Un incremento de la
digestibilidad de la celulosa sería de gran impacto económico en la producción de
biocombustibles líquidos. Esto se podría obtener mediante modificación transgénica para
producir más celulosa biodegradable usando el gen CBD (que codifica el dominio
de unión de la celulasa a la celulosa) o controlando la expresión del contenido
de lignina mediante la estrategia de RNAi (RNA interferente), lo cual se ha
ensayado en maíz, sorgo, pino y álamo (40). Una combinación de la tecnología
transgénica con otras tecnologías, podría producir cerca de 2 mml de toneladas de
sustrato barato y de alta calidad para combustible a partir de paja, sin incrementar el
área cultivada (40). Una tercera tecnología para la generación de biocombustibles implica algas
y cianobacterias como fuente de biodisel. Algunas de las limitaciones biológicas
de esta iniciativa podrían ser abordadas con la transgénesis para favorecer su
crecimiento, optimizar el uso de CO2, aumentar la penetración y conversión de la
luz en sustratos energéticos, o mejorar su cosecha (40,44). También se propone
una tecnología de cuarta generación para producir biohidrógeno y bioelectricidad.
Ha habido interés en capturar energía solar para producir hidrogeno y
electricidad utilizando los mecanismos del aparato fotosintético natural (40,45). Las
primeras aproximaciones indican la necesidad de modificar la expresión de genes
relacionados con la tasa de fotosíntesis oxigénica.
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