La venganza de las malas hierbas

Campos de maízWIKIMEDIA COMMONS, GARDENKITTY

Es una historia adecuada para una película de terror de Hollywood, pero también es un principio de la biología evolutiva. Introduce una toxina en un sistema e inevitablemente seleccionas sobrevivientes resistentes. Estos pocos individuos obtienen una ventaja reproductiva y se multiplican; a veces no se pueden detener ni siquiera con los productos químicos más potentes.

Durante años, esta trama general fue noticia en los campos de la resistencia a los antibióticos y la investigación del cáncer. Más recientemente, las plantas se han convertido en un protagonista común. Las malezas de todo el mundo están desarrollando resistencia al glifosato, uno de los herbicidas más comunes en el mercado, y al igual que las bacterias y las células tumorales, muchas plantas también pueden resistir muchas otras toxinas, cada una con objetivos moleculares únicos.

En enero, se confirmó una infestación espeluznante del arbusto kochia en Alberta, Canadá. Introducida originalmente en los climas desérticos como forraje para el ganado, la maleza tenaz ahora puede sobrevivir al glifosato, que se dirige a una enzima involucrada…

Los Estados Unidos también están siendo tomados por asalto. Palmer amaranto recientemente desarrolló resistencia a las mismas dos clases de químicos en Tennessee. Desde 2009, la maleza alta y delgada ha barrido 1 millón de acres de tierras de cultivo, lo que ha provocado que algunos agricultores abandonen sus campos. Y en California, una planta llamada Hairy Fleabane se deslizó recientemente en los viñedos. Ahora es capaz de resistir tanto el glifosato como el químico Paraquata que secuestra fotones de las proteínas involucradas en la fotosíntesis.

En todo el mundo, 23 especies de malezas han desarrollado resistencia al glifosato, y al menos 10 de ellas también han desarrollado resistencia a otros herbicidas. , según la Encuesta Internacional de Malezas Resistentes a Herbicidas. Y Bill Freese, del Centro para la Seguridad Alimentaria en Washington, DC, cree que estas cifras subestiman el problema. Para que una maleza sea catalogada como resistente, debe sobrevivir cuatro veces la concentración utilizada para matar las plantas susceptibles. Algunas malezas toleran niveles más bajos de glifosato, y estos también tienen un gran impacto en el campo, dice.

Las infestaciones de malezas son más una molestia que una monstruosidad, pero están mordiendo bolsillos de los agricultores. En Arkansas, el 61 % de los campos de soja están infestados con amaranto palmero resistente al glifosato, lo que les cuesta a los agricultores 71 millones de dólares al año en rendimientos perdidos, y el 80 % del algodón del estado también está infestado, con pérdidas que ahora ascienden a 10,9 millones de dólares.

Selección de súper malas hierbas

No es raro que las bacterias se multipliquen cada 20 minutos, pero las plantas tienen un ciclo de vida mucho más largo y, por lo tanto, una tasa de evolución más lenta. Esto hace que la resistencia a los herbicidas sea engañosamente improbable.

Kochia scoparia WIKIMEDIA COMMONS, WILDBOAR

La posibilidad de que una sola mutación confiera resistencia a los herbicidas es de 1 en 100.000, lo que hace que la probabilidad de un mutante doblemente resistente menos de 1 en 10 mil millones. Las primeras investigaciones patrocinadas por la industria sugirieron que la resistencia al glifosato era particularmente improbable porque las grandes mutaciones en el objetivo de los herbicidas, la enzima EPSPS, la volverían disfuncional y matarían a la planta antes de que pudiera reproducirse.

Las afirmaciones hechas eran ingenuas, y, de hecho, se han desarrollado malas hierbas resistentes, dice David Mortensen, científico de malas hierbas de la Universidad Estatal de Pensilvania. Cuando se aplica un químico a un área tan amplia (casi toda la soja y el algodón, y un gran porcentaje de maíz), la presión de selección es demasiado intensa.  

De hecho, el uso de glifosato ha aumentado dramáticamente, de los aproximadamente 4 millones de libras que se aplicaron al maíz en 2000 a 65 millones de libras el año pasado, y también aumentó el uso en campos de algodón y soya. Gran parte de este aumento se puede atribuir a la incorporación de cultivos genéticamente modificados que no se ven afectados por el glifosato, que Monsanto, con sede en St. Louis, vende bajo la marca Roundup. Para ayudar a los agricultores a rociar glifosato directamente sobre los campos sin dañar los cultivos, Monsanto lanzó la soya y la canola Roundup Ready en 1996. Pronto siguieron el algodón y el maíz transgénicos y, para 2001, los cultivos transgénicos abarcaban millones de acres. Fue entonces cuando las malas hierbas resistentes hicieron su debut.

El glifosato existe desde la década de 1970, pero las malas hierbas resistentes no se convirtieron en un problema grave hasta que el herbicida se empaquetó con cultivos transgénicos, dice Mortensen.

Pero según Rick Cole, quien supervisa el manejo de malezas para Monsanto, el uso excesivo no es el problema, y la solución es simplemente aplicar un segundo herbicida con un objetivo molecular diferente. El problema es que el glifosato se usa solo una y otra vez, dice. El uso de un segundo modo de acción reduce el riesgo de resistencia.

En un conjunto de recomendaciones publicadas a principios de este mes (10 de mayo), la Weed Science Society of America sugirió que, además de minimizar el uso de herbicidas, los agricultores también diversifican los productos químicos que aplican a sus plantas para mantener la eficacia de los herbicidas a largo plazo.

Sin embargo, la combinación de productos químicos no siempre funciona según lo planeado, dice Patrick Tranel, un científico especializado en malezas de la Universidad de Illinois. Si bien duplicar los productos químicos hace que sea poco probable que algo sobreviva, dice, también aumenta potencialmente la posibilidad de seleccionar un mecanismo general que confiera resistencia a ambos herbicidas.

Maestros de la supervivencia

Las malas hierbas no pueden tener alas ni huir, por lo que para sobrevivir en ambientes hostiles, han desarrollado diversas respuestas de adaptación generalizadas. Recientemente, el profesor de la Universidad de Washington, Andre dAvignon, se topó con un ejemplo sorprendente. Usando imágenes de resonancia magnética nuclear, él y su equipo rastrearon el glifosato a través de la maleza, una planta nativa que se infiltra en los cultivos en hileras con semillas arrastradas por el viento. En las malas hierbas susceptibles, el producto químico terminó en el citosol, pero en las plantas resistentes, el 85 % quedó ligado a la vacuola en 24 horas. Este mecanismo también se ha demostrado en el ryegrass italiano resistente al glifosato y el ryegrass rígido.

Conyza bonariensis cabezas de semillas y flores (algas marinas) WIKIMEDIA COMMONS, RICKJPELLEG

Este es un proceso más genérico que la alteración de una enzima, y significa que una sola planta puede adaptarse a dos sustancias químicas a la vez, dice Mortensen.

En las bacterias, la resistencia a múltiples fármacos a menudo se remonta a la gran y diversa clase de ATP transportadores de casete (ABC), que transportan una variedad de productos químicos a la célula y los orgánulos. Esta misma clase de proteínas puede ayudar a las plantas resistentes a secuestrar el glifosato. De hecho, dAvignon ha encontrado evidencia de que la maleza puede sobreexpresar un transportador de vacuolas localizado, y aunque la proteína aún no se ha aislado, los resultados no publicados sugieren que requiere ATP y transporta otras sustancias químicas típicas de los transportadores ABC. Si hay un transportador ABC involucrado, posiblemente podría transportar más de un herbicida a la vacuola, dice dAvignon, cuyo trabajo está patrocinado por Monsanto.

Otra estrategia utilizada por plantas y bacterias, por igual, es sobreexpresar enzimas específicas, de modo que algunos todavía pueden funcionar correctamente, incluso mientras que otros son destruidos por el producto químico. El cáñamo de agua resistente al glifosato, el amaranto Palmer, la kochia y el raigrás italiano, por ejemplo, sobreexpresan el gen EPSPS al que se dirige el herbicida. Sin embargo, en lugar de simplemente regular al alza la expresión génica, las plantas resistentes al glifosato producen múltiples copias del gen EPSPS. Esto es muy difícil de hacer, mucho menos probable que una mutación puntual, dice Tranel.

El ascenso de los resistentes

Si la situación no fuera ya lo suficientemente mala , parece ser una bola de nieve. Las malas hierbas en nueve países diferentes han desarrollado de forma independiente resistencia a múltiples modos de acción. Algunos supervivientes obstinados ahora pueden sobrevivir a la mayoría de los productos químicos utilizados por los agricultores, y las infestaciones se están extendiendo.

El año pasado, por ejemplo, los agricultores de Iowa informaron de infestaciones de cáñamo de agua en sus campos de maíz y soja. La maleza ahora ha invadido 500 acres y continúa sobreviviendo a los tratamientos con glifosato y seis productos químicos adicionales. El caso es un raro ejemplo de una maleza que desarrolla resistencia a tres clases de sustancias químicas, cada una con un objetivo molecular único. Aún más impresionante, un biotipo de Rigid Ryegrass que crece en Victoria, Australia, ahora es resistente a cuatro clases de químicos. Hasta el momento, solo unos 10 acres se han visto afectados, pero se predice que las malas hierbas se propagarán.

A pesar de las probabilidades aparentemente pequeñas de que una planta desarrolle resistencia a múltiples herbicidas, el aumento dramático de las malas hierbas resistentes al glifosato, que ahora infestan más de 17 millones de acres en todo el país, ha hecho que esta posibilidad sea exponencialmente más probable. No necesitamos que una sola planta experimente dos adaptaciones improbables, solo necesitamos que suceda un evento en un biotipo que ya tiene resistencia al glifosato, dice Mortensen.

La próxima ola de semillas genéticamente modificadas será el último experimento, dice Mortensen. Freese Monsanto está desarrollando cultivos que pueden rociarse simultáneamente con glifosato y el herbicida dicamba. Dow AgroSciences planea comercializar semillas de maíz modificadas genéticamente resistentes tanto al glifosato como al herbicida 2,4-D; el Departamento de Agricultura de EE. UU. está revisando la tecnología este verano. Así como tuvimos un aumento en el [uso] de glifosato después de que se lanzaron los cultivos Roundup Ready, es posible que pronto veamos un gran aumento en el 2,4-D, dice Freese. En nuestra opinión, esto también dará lugar a malas hierbas con resistencia múltiple al 2,4-D y al glifosato.

Corrección (24 de mayo): Las probabilidades de que una planta desarrolle doble resistencia a los químicos mencionados en esta historia son de 1 en 10 mil millones.  La versión original decía «menos de 1 en un billón», lo que refleja un número menos conservador. El científico lamenta el error.

Corrección (31 de mayo):  El sesenta y uno por ciento de los campos de soya en Arkansas, no en Alabama, están infestados con amaranto Palmer resistente al glifosato. El científico lamenta el error.

Corrección (7 de agosto de 2014): Andre dAvignon está en la Universidad de Wasington, no en la Universidad de Washington. El científico lamenta el error.

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