¿Puede la biotecnología emular en aplicaciones humanas la capacidad de algunos organismos para producir luz sin usar energía ni generar calor (bioluminiscencia)?

Los responsables de Glowing Plants creen que sí. Es un proyecto financiado colectivamente para crear plantas domésticas bioluminiscentes que sirvan de iluminación ambiental.

Se trata de comercializar plantas y árboles-lámpara que iluminen sin electricidad, una idea atractiva que ha logrado más de 250.000 dólares de financiación de cerca de 5.000 usuarios-inversor en Kickstarter y notoriedad pública.

Proyectos tecnológicos desde abajo: ¿funcionarán las grandes ideas “crowdfunding”?

Glowing Plants ha suscitado artículos en bitácoras y medios como The New York Times, The Wall Street Journal o BBC, además de declaraciones de apoyo del bloguero y autor de ciencia ficción Cory Doctorow o el profesor de genética en Harvard George Church, entre otros.

El interés suscitado por esta idea con inicios amateur (DIY, “hazlo tú mismo”) acerca la financiación colectiva (“crowdfunding”) a una tecnología hasta ahora inexplorada por los departamentos de I+D+i de agencias tecnológicas estatales, empresas y universidades.

El consultor Antony Evans (dirección), el experto geneticista Omri Amirav-Drory (visión y tecnología) y el biólogo molecular Kyle Taylor (botánica), impulsores del proyecto Glowing Plants desde San Francisco, cuentan para su proyecto con 5 veces el capital inicial demandado procedente de aportaciones de más de 5.000 personas, así como con una nómina creciente de colaboradores en empresas y universidades.

Deberán demostrar que la idea va más allá de los estadios iniciales de desarrollo en Kickstarter, dominados por las acciones de comunicación y los regalitos de inservible (y caro) merchandising.

Una luz biológica, barata, limpia, que no consume ni genera calor

Sobre el papel, la idea es irresistible. Permitiría:

• Crear perímetros de vegetación iluminados para generar alumbrado urbano sin apenas mantenimiento ni más infraestructuras que las de riego.
• Redes viarias y ferroviarias, puertos, aeropuertos, jardines públicos, centros logísticos, etc., podrían iluminarse sin el coste eléctrico y de mantenimiento de cualquier alumbrado.
• Las plantas luminosas aportarían las ventajas medioambientales y paisajísticas de otras especies.

La idea suscita, como mínimo, dudas de viabilidad tecnológica y financiación, pero la notoriedad lograda con apenas una idea, nota de prensa, vídeo y página en Kickstarter demuestra que hay inversores y público dispuestos a tener paciencia:

• Las variedades luminosas serán creadas en el laboratorio, con propiedades genéticamente modificadas que deberán ser controladas en el uso exterior, para evitar propagaciones, mutaciones y efectos no deseados.
• Dilema ético del registro de patentes en organismos vivos: la normativa actual permite publicar patentes de variedades genéticamente modificadas, como explica Michael Pollan en relación con el maíz transgénico en su ensayo El dilema del omnívoro.

Más allá de los retos, riesgos y conflictos éticos potenciales de Glowing Plants, Antony Evans y su equipo demuestran que las plataformas de financiación colectiva jugarán un papel relevante en las ideas y tecnologías del futuro.

Nuestra fascinación por la bioluminiscencia

Descrita ya por el naturalista romano Plinio el Viejo, la bioluminiscencia, o capacidad de algunos organismos para iluminarse, volvió al interés del gran público con las escenas en el medio del océano de la adaptación cinematográfica de la novela de Yann Martel La vida de Pi.

En el filme, los náufragos Pi y (el tigre) Richard Parker asisten al espectáculo luminoso que determinadas especies de algas microscópicas, bacterias y zooplancton producen en áreas marinas extensas al sentirse en peligro, fenómeno observado y descrito -en este caso, el producido por moluscos y calamares- por Plinio el Viejo en la bahía de Nápoles hace 2000 años.

Emulando diseños y patrones naturales: biomimética + high tech

Desde los propios inicios de la tecnología, todas las culturas han emulado de un modo u otro los diseños y patrones de la naturaleza para crear objetos, herramientas y estrategias de supervivencia.

Pero la biomimética ha topado siempre con escollos técnicos, ejemplificados en la frustración de Leonardo da Vinci cuando, tras estudiar la anatomía de las aves, concluyó que las extremidades del ser humano carecían de la potencia para batir unas alas artificiales asidas a los brazos y proporcionales a su masa y volumen.

El diseño industrial explora diseños naturales: edificios bioclimáticos que emulan los grandes termiteros africanos, sistemas de refrigeración según el diseño de la espiral áurea para evitar la fricción, aplicación de patrones cromáticos de la naturaleza, bañadores que imitan los atributos de la piel del tiburón, cinta adhesiva con la adherencia de las extremidades del camaleón, etc.

Iluminar sin calor ni usar energía

La biotecnología y el diseño industrial no han sido capaces de crear, hasta el momento, aplicaciones con viabilidad comercial que combinen organismos vivos bioluminiscentes y el plan de Glowing Plants se defiende ya de las primeras muestras de incredulidad.

Los animales, fungi, peces, invertebrados marinos y microorganismos que crean luz usan distintas estrategias evolutivas para conseguirlo:

• dentro de la célula: un grupo de células emiten luz a través de la piel traslúcida;
• fuera de la célula: sirviéndose de dos pigmentos, luciferina y luciferasa, que iluminan al entrar en contacto entre sí;
• asociación con bacterias simbióticas luminiscentes, que son almacenadas por organismos marinos traslúcidos más complejos.

Sobre “inventar” plantas que se iluminan

Ninguna de las 3 estrategias es usada por plantas ornamentales o árboles. La bioluminiscencia sugerida por Glowing Plants sería viable si las plantas emitieran luz con suficiente potencia (el objetivo es emitir luz hasta iluminar no sólo la planta, sino el organismo) y consistencia, a un precio asumible.

Hasta el momento, recuerda Ars Technica, el atributo bioluminiscente en plantas se ha logrado con costosos fertilizantes (200 dólares el gramo).

Los experimentos realizados hasta ahora se han servido de la proteína verde fluorescente (GFP en sus siglas en inglés) y sus derivados de laboratorio, un avance que supuso el Nobel de Química pero que genera únicamente un brillo fluorescente cuando es excitada con rayos ultravioletas.

Más allá de reflejar la luz

Para que una planta lograra emitir luz por sí misma, la iluminación tendría que producirse dentro de sus células, a través de la compleja reacción química de pigmentos, o a mediante la asociación simbiótica con bacterias; en cualquier caso, la planta se convertiría en una nueva especie de laboratorio.

De lo contrario, lo sugerido por Glowing Plants se limitaría a aplicaciones que no crean luz, sino mera fluorescencia, fosforescencia o refracción de la luz, técnicas evolutivas también usadas por algunos organismos, incapaces de “iluminar” sin estímulo externo ni más allá del propio organismo.

Usando fluorescencia, fosforescencia o refracción lumínica sirviéndose, por ejemplo, de la proteína GFP, una planta o árbol sólo brillarían -sin proyectar luz y, por tanto, sin iluminar- de día, cuando no sería requerido ni útil.

Debido a esta limitación, los responsables de Glowing Plants han anunciado que explorarán técnicas como la empleada por las luciérnagas, entre otros organismos: en lugar de obtener energía de la luz y reemitirla con un estímulo -rayos ultravioleta-, esta estrategia extracelular convierte en luz la reacción química accionada por los pigmentos luciferina y luciferasa.

Si no puedes reproducir una molécula, tómala (de las bacterias que la generan)

El principal escollo técnico del uso de bioluminiscencia extracelular en el proyecto Glowing Plants es la propia molécula de la luciferasa, expone Ars Technica, compuesta por un aminoácido presente en las plantas (cisteína), pero ésta reacciona con otras sustancias químicas de origen desconocido, si lo que se pretende es reproducir la estrategia de las luciérnagas.

La creación natural de luciferina sigue siendo un misterio parcial para la ciencia y las plantas son incapaces de lograrlo.

Vetada esta técnica por limitaciones científicas, el equipo de Glowing Plants se servirá del mecanismo de bioluminiscencia usado por organismos que, al ser incapaces de crear luciferina y luciferasa, se asocian con bacterias simbióticas, encargadas de emitir la luz una vez instaladas en su portador.

Biología sintética financiada por usuarios

Para ello, usarán procesos conocidos de biología sintética y software para compilar genoma, cada vez más accesible para pequeños proyectos tras la popularización de los experimentos de secuenciación genética.

Sobre el papel, la estrategia simbiótica es viable usando biotecnología actual. Este popular proyecto de Kickstarter deberá, no obstante, diseñar un proceso que instale las bacterias en la planta, que deberán iluminar lo suficiente sin poner en riesgo la vida de su huésped.

The Economist aventuraba hace 2 años que los diseños humanos del futuro aplicarían, entre otros atributos, luz biológica.

Aplicaciones humanas de la luz biológica

El potencial de la luz biológica en los diseños humanos no empieza ni acaba en el éxito o fracaso del proyecto de plantas luminosas publicado en Kickstarter.

En la naturaleza, y según la especie, los organismos usan la técnica para aparearse, atraer a la presa, confundir a sus predadores o comunicarse mediante modos todavía no descifrados por la ciencia.

En los diseños humanos, el potencial de la bioluminiscencia reside en su naturaleza: es un modo de producir luz de manera autónoma y sin que ésta genere calor:

• no requeriría infraestructuras para transportar electricidad que accionara la luz;
• como en la naturaleza, no emitiría calor ni, por tanto, pérdida energética o afectación de la temperatura de la aplicación o entorno.

Soñando con una fuente de luz inagotable, limpia y que no calienta

Entre las aplicaciones futuristas de la bioluminiscencia aventuradas en los últimos años, destacan:

• árboles y plantas que actúen como lámparas o farolas, en el interior de edificios o en espacios públicos. Este es el camino explorado por el proyecto Glowing Plants;
• juquetes o aplicaciones comerciales más superfluas, como árboles de navidad sin fuente eléctrica;
• técnicas para detectar la contaminación bacteriana en ambientes y alimentos; algo así como pigmentaciones que detectarían peligros de intoxicación potenciales por E.coli o bacterias fecales;
• identificadores biológicos para el control de especies o procesos alimentarios, etc.

Aristóteles ya había intuido, en el siglo IV a.C., la singularidad de este atributo, pero no soñó con aprovecharse de él: la luz de luciérnagas y gusanos bioluminiscentes, constató, no emitía calor, a diferencia de la vela.

Cuatro siglos después, Plinio tampoco se conformó con describir las especies bioluminiscentes observadas, sino que pensó en su aplicación práctica: un bastón sumergido en la brillante viscosidad de una medusa, observó, “iluminará el camino como una antorcha”.

Hasta que no seamos capaces de crear aplicaciones humanas bioluminiscentes, permanecemos -demasiado- próximos a la vela de Aristóteles.

Sustituyendo la antorcha de Prometeo por una planta bioluminiscente

Aplicada a gran escala, la luz generada en el interior de organismos vivos no genera calor, no contamina (dejando a un lado la propia contaminación lumínica), no requiere infraestructura de transporte y almacenamiento energético externo, y sería potencialmente inagotable.

Acabaría, en definitiva, con buena parte de la era de la combustión. Como un segundo Prometeo, otorgaría al ser humano una nueva luz intelectual, un conocimiento simbolizado en este caso por una planta u organismo que se enciende y apaga a nuestro antojo, en lugar de la primitiva antorcha que nos hizo lo que somos.

De momento, nos conformamos con integrar el secreto de la bioluminiscencia en aplicaciones humanas. ¿Hasta cuándo?