Una llegada nocturna al aeropuerto de Schiphol, en Ámsterdam, le permite ver desde el aire el brillo rosado intenso de los invernaderos de producción de hortalizas. El cultivo de plantas bajo luz artificial está ganando impulso, especialmente en regiones donde los precios de los productos pueden ser elevados durante las estaciones en las que la luz solar escasea.
Países Bajos es solo uno de los países que han adoptado rápidamente la agricultura en entornos controlados, donde cultivos especializados de alto valor, como hierbas, lechugas selectas y tomates, se producen en invernaderos iluminados durante todo el año. Los defensores sugieren que estos edificios totalmente cerrados, o fábricas de plantas, podrían ser una forma de reutilizar el espacio urbano, reducir las distancias de transporte de los alimentos y proporcionar productos locales a los habitantes de las ciudades.
Uno de los problemas centrales de este proceso es el alto coste monetario de proporcionar luz artificial, normalmente mediante una combinación de diodos emisores de luz roja y azul. Los costes energéticos llegan a superar en ocasiones el 25 % del gasto operativo. ¿Cómo pueden competir los productores, especialmente en el mundo en desarrollo, cuando el sol es gratuito? Un mayor consumo energético también se traduce en más emisiones de carbono, en lugar de la menor huella de carbono que pueden aportar las plantas cultivadas de forma sostenible.
He estudiado cómo la luz afecta al crecimiento y desarrollo de las plantas durante más de 30 años. Recientemente me encontré preguntándome: en lugar de cultivar plantas bajo un ciclo repetido de un día de luz y una noche de oscuridad, ¿qué pasaría si la misma luz del día se dividiera en pulsos de solo horas, minutos o segundos?
Ráfagas cortas de luz y oscuridad
Por eso mis colegas y yo diseñamos un experimento. Aplicaríamos la cantidad normal de luz en total, pero la fragmentaríamos en distintos periodos de tiempo.
Por supuesto, las plantas dependen de la luz para la fotosíntesis, el proceso que, en la naturaleza, utiliza la energía del sol para combinar dióxido de carbono y agua en azúcares que alimentan el metabolismo vegetal. La luz también dirige el crecimiento y el desarrollo mediante sus señales sobre el día y la noche, y alterar ese flujo de información podría tener resultados desastrosos.
Esto se debe a que dividir algo bueno en partes más pequeñas a veces genera nuevos problemas. Imagine lo contento que estaría si recibiera un billete de 100 USD, pero no tanto con el equivalente en 10 000 peniques. Sospechábamos que el reloj interno de una planta no aceptaría la misma moneda luminosa si se fragmentara en denominaciones más pequeñas.
Y eso es exactamente lo que demostramos en nuestros experimentos. Las plántulas de col rizada, nabo o remolacha expuestas a ciclos de 12 horas de luz y 12 horas de oscuridad durante cuatro días crecieron con normalidad, acumulando pigmentos y aumentando de tamaño. Cuando reducimos la frecuencia de los ciclos de luz y oscuridad a 6 horas, 3 horas, 1 hora o 30 minutos, las plantas se rebelaron. Aplicamos la misma cantidad de luz, solo que distribuida en fragmentos de distinto tamaño, y las plántulas no apreciaron el tratamiento.
La misma cantidad de luz aplicada en intervalos más cortos a lo largo del día hizo que las plantas crecieran más como si estuvieran en la oscuridad. Sospechamos que los pulsos de luz entraban en conflicto con el reloj interno de la planta, y las plántulas no tenían idea de qué hora del día era. Los tallos se estiraron más en un intento por encontrar más luz, y procesos como la producción de pigmentos se detuvieron.
Pero cuando aplicamos la luz en ráfagas mucho, mucho más cortas, ocurrió algo notable. Las plantas cultivadas con ciclos de encendido y apagado de cinco segundos parecían casi idénticas a las cultivadas con el periodo normal de luz y oscuridad. Es como si el reloj interno no pudiera iniciarse correctamente cuando el amanecer llega cada cinco segundos, por lo que las plantas no parecen importarles un día de unos pocos segundos de duración.
Justo cuando nos preparábamos para publicar, la colaboradora de grado Paul Kusuma descubrió que nuestro hallazgo no era tan novedoso. Pronto nos dimos cuenta de que, en realidad, habíamos redescubierto algo ya conocido desde hace 88 años. Científicos del Departamento de Agricultura de los EE. UU. observaron este mismo fenómeno en 1931 cuando cultivaron plantas bajo pulsos de luz de distintas duraciones. Su trabajo con plantas adultas coincide con lo que observamos en las plántulas con una notable similitud.
No solo todo esto era una reedición de una idea antigua, sino que los pulsos de luz tampoco ahorran energía. Cinco segundos encendido y cinco segundos apagado consumen la misma energía que tener las luces encendidas durante 12 horas; las luces siguen encendidas durante la mitad del día.
Pero ¿qué ocurriría si ampliáramos el periodo de oscuridad? Cinco segundos encendido. Seis segundos apagado. O 10 segundos apagado. O 20 segundos apagado. ¿Quizá 80 segundos apagado? En 1931 no probaron eso.
Incorporar tiempos de inactividad adicionales
Resulta que a las plantas no les molesta un poco de tiempo de inactividad. Tras aplicar luz durante cinco segundos para activar la fotosíntesis y procesos biológicos como la acumulación de pigmentos, apagamos la luz durante 10 o, a veces, 20 segundos. Con estos periodos de oscuridad ampliados, las plántulas crecieron igual de bien que cuando los periodos de luz y oscuridad eran iguales. Si esto pudiera aplicarse a la escala de una granja en interiores, podría traducirse en un ahorro energético significativo, de al menos un 30 % e incluso más.
Un trabajo reciente, aún no publicado, de nuestro laboratorio ha demostrado que el mismo concepto funciona con lechugas de hoja; a ellas también les viene bien un tiempo de oscuridad prolongado entre pulsos. En algunos casos, las lechugas son verdes en lugar de moradas y tienen hojas más grandes. Esto significa que un productor puede obtener una variedad de productos y, con un mayor peso de producto comercializable, al apagar las luces.
Saber que las plantas pueden cultivarse bajo ráfagas de luz, en lugar de iluminación continua, ofrece una forma de reducir potencialmente el costoso presupuesto energético de la agricultura en interiores. Se podrían cultivar más hortalizas frescas con menos energía, haciendo el proceso más sostenible. Mis colegas y yo creemos que esta innovación podría, en última instancia, impulsar nuevos negocios y alimentar a más personas, y hacerlo con un menor impacto ambiental.
