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Nitrógeno, esencial en la producción de alimentos
( Publicado en Revista Creces, Noviembre 1980 )
El crecimiento explosivo de la población durante el año 1980 necesitó también de un
explosivo crecimiento en la producción de alimentos. En ese entonces se habría
conseguido ir paralelo con estos dos factores e incluso la producción de alimentos
habría superado el aumento de la población. Per cápita, el hombre habría comido mejor
que en toda la historia de la humanidad. Eso no quiso decir que se habría triunfado en
la lucha contra el hambre, ya que nunca hubo tantos desnutridos en el mundo como en
esa época. Había más de 500 millones de individuos con franca desnutrición y 2.000
millones estaban lejos de consumir la dieta ideal para sus necesidades.
Lo que más preocupaba era que durante los últimos años el hombre continuaba
multiplicándose y el aumento en la producción de alimentos ya no era tan rápido. De
seguir esa tendencia, se calculaba que a fines de siglo habría más de 1.500 millones de
seres desnutridos. Ello traería desastrosas consecuencias para la humanidad.
Alimentos y población
Si se quería prevenir un desastre era imprescindible, en los siguientes veinte años,
aumentar casi en un 100% la producción de alimentos. Es decir, para el año 2.000
debería haberse producido el doble de alimentos que en 1980. Aunque parezca una
meta difícil, ello era posible al menos teóricamente. Aún imaginando que no se
incorporarían nuevas tierras al cultivo, si sólo aumentara el rendimiento de ellas, podría
alimentarse una población de más de 10 mil millones de habitantes. Sin embargo, la
tarea no era fácil, ya que el incremento en la producción de alimentos debería
producirse especialmente en los países pobres. Los países ricos ya casi habrían
alcanzado su máxima productividad. Es en los países pobres donde están las bocas
hambrientas y en donde deberían mejorarse las tecnologías y llegar a una agricultura
intensiva, incrementando el uso de fertilizantes, pesticidas, insecticidas e insumos en
general.
Fertilizantes sintéticos
Los fertilizantes aparecen como esenciales. La productividad de la tierra está
directamente relacionada con el uso de ellos. En Estados Unidos, país que ha alcanzado
una alta productividad, se utilizan en forma intensiva los fertilizantes. Cualquiera otra
mejoría, como el uso de semillas seleccionadas genéticamente, trae consigo la
necesidad de más fertilizantes.
En 1979 se utilizaron en el mundo 50 millones de toneladas de fertilizantes sintéticos
nitrogenados. De éstos, el 86% fue usado por los países ricos y sólo el 14% restante,
por naciones pobres, donde viven dos tercios de la población mundial.
En ese entonces su meta era eliminar el problema de la desnutrición para el año 2.000,
en el cual deberían utilizarse 160 millones de toneladas de fertilizantes sintéticos. Al
costo de esa época, deberían haberse gastado anualmente con tal fin entre 30 y 40 mil
millones de dólares. Sin embargo, como el uso de fertilizantes debiera incrementarse
en los países pobres, serían éstos los que tendrían que hacer la mayor inversión.
Para producir esa cantidad de fertilizantes se necesitaría construir aproximadamente
unas 500 nuevas industrias y cada una de ellas costaría sobre los 150 millones de
dólares.
La producción de fertilizantes sintéticos depende del petróleo. A partir de 150 kilos de
petróleo se pueden obtener 100 kilos de fertilizantes. Ello quiere decir que para el año
2.000, con este objeto, se requiere entre 250 a 300 millones de toneladas de petróleo.
Teóricamente todo ello era posible. Pero como se trataría de países pobres, era poco
probable que lo logren. Se hacía necesario entonces buscar nuevas alternativas.
¿Qué fertilizantes se necesitan?
Los elementos que las plantas requieren para poder crecer y dar sus frutos son
muchos, pero sin lugar a dudas que cuantitativamente el más importante es el
nitrógeno. Lavoisier llamó al nitrógeno "azoe" que significaba "sin vida", porque lo veía
diferente al oxígeno, que era el otro componente del aire y resultaba esencial para la
respiración.
Con el avance del conocimiento, ese nombre parece irónico, ya que está demostrado
que el nitrógeno es absolutamente indispensable para la vida de los vegetales y
animales. El nitrógeno es el elemento fundamental de todos los aminoácidos y éstos,
unidos en cadena, son los que forman las proteínas. A su vez, las proteínas son las
responsables de todo el metabolismo celular.
El nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera (el 78% de la atmósfera
está constituida por nitrógeno). Parece paradójico que siendo el más abundante sea, a
su vez, el más difícil de conseguir. La razón es que el nitrógeno del aire es inerte y no
puede ser aprovechado por los vegetales. El nitrógeno atmosférico está asociado por
fuertes uniones de dos átomos iguales (N2) mediante un triple enlace, muy estable y
fuerte (Fig.1) y en estas condiciones no puede ser utilizado por las plantas. Para que
pueda ser aprovechado, hay que romper esos enlaces y fijar o unir el nitrógeno a otros
elementos, como el hidrógeno u oxígeno. Sólo en estas condiciones, el nitrógeno
puesto en el suelo es absorbido por las raíces de las plantas. A partir de este nitrógeno,
bajo la forma de iones nitrato (NO3-) o amonio (NH4+), los vegetales inician la
fabricación de sus aminoácidos, y proteínas. Los vegetales proveen las proteínas para
la alimentación animal, renovando así el ciclo de nitrógeno del suelo ( proteínas de las
plantas ( proteínas de los animales.
El hombre, en su incansable búsqueda del saber, descubrió a principios del siglo XX la
forma de concentrar el nitrógeno del aire, romper sus fuertes uniones y acoplarlo, ya
sea al hidrógeno o al oxígeno, para hacerlo así disponible para las plantas. Esto es lo
que se llama "Fertilizantes nitrogenados sintéticos". A comienzos de dicho siglo, Fritz
Haber y Karl Bosch descubrieron el proceso que revolucionó la producción de alimentos
del mundo. Las tierras agotadas, al entregárseles este fertilizante sintético,
recuperaron la potencialidad perdida. Hasta esa época sólo el nitrato natural (salitre
chileno) cumplía tales funciones.
Para lograr la ruptura de las uniones de los átomos de hidrógeno y fijarlos al hidrógeno
u oxígeno, se requiere de petróleo. El hidrógeno necesario para el proceso se extrae del
gas natural o del petróleo, pero el proceso necesita además de elevada temperatura y
presión. La energía necesaria para ello nuevamente la proporciona el petróleo. Es por
ello que la disponibilidad de fertilizantes nitrogenados es dependiente de la
disponibilidad del combustible.
Conociendo el agotamiento del petróleo, y el alto precio que está alcanzado, se hace
indispensable buscar otras alternativas.
Nuevamente la ciencia
En los últimos 30 años se descubrió que este proceso hecho en forma industrial (fijar el
nitrógeno inerte transformándolo en amonio) lo realizan naturalmente algunas
bacterias y algas unicelulares microscópicas (ciano-bacterias). Estos microorganismos,
al fijar nitrógeno, son los que normalmente completan el ciclo, asociándose con las
leguminosas. Estas bacterias, pertenecientes al género "Rhizobium", poseen tal
capacidad y, al estar en el suelo, se fijan a las raíces de las plantas y, por un
mecanismo de captura de nitrógeno inerte atmosférico, producen amonio, el que es
transferido a las raíces de las plantas.
Este proceso es posible porque las señaladas bacterias poseen la enzima llamada
"nitrogenasa". La peculiar simbiosis ocurre sólo en leguminosas, tales como la soya, el
trébol y la alfalfa. Ello explica algo que los agricultores habían observado
empíricamente desde hace muchos años: la necesidad de rotación de cultivos.
"Después de sembrar trigo o maíz, hay que sembrar leguminosas". Ellas enriquecen el
suelo. El proceso simbiótico entre leguminosas y Rhizobium es perfecto: las bacterias
se fijan en nódulos a las raíces de las plantas y éstas les proporcionan los hidratos de
carbono que necesitan los Rhizobium a cambio de lo cual las plantas reciben nitrógeno
fijado. Las plantas también protegen a las bacterias del oxígeno del aire que les es
nocivo (gérmenes anaeróbicos) y que destruyen la vital enzima "nitrogenasa". Un
ejemplo perfecto de solidaridad.
Este descubrimiento abre amplias expectativas y nuevos rumbos para solucionar el
problema de los fertilizantes:
 Se comenzó a trabajar y se encontraron mecanismos que, por selección o mutación,
llegan a disponer Rhizobium, que son más eficientes en fijar nitrógeno
proporcionándoselo más rápidamente a las plantas. Estas investigaciones se hicieron
aproximadamente hace 20 años atrás. La asociación artificial de Rhizobiumleguminosas, fue estudiada en ese entonces. Se conocen más de 10 mil especies de
leguminosas y sólo menos del 10 por ciento se estudió el proceso. En Chile hay
numerosas leguminosas que obviamente no han sido estudiadas.
 Se ha estado tratando de producir simbiosis artificiales que podrían asociarse no sólo
a leguminosas, sino también al trigo o al maíz, con lo cual no habría necesidad de
agregar fertilizantes para estos cultivos.
 Tal vez los resultados más espectaculares se esperan de la manipulación genética de
gérmenes. Mediante técnicas ya conocidas, pueden separarse los genes de las bacterias
(Rhizobium), que comandan la fijación de nitrógeno e implantarlo en otros gérmenes
fáciles de manipular (Escherichia coli), logrando así gérmenes que puedan fabricar
amonio o que puedan implantarse en las raíces de cualquiera otra planta.
Nuevamente el ingenio y la necesidad estimulan la búsqueda de soluciones. Una vez
más se demuestra que si el hombre quiere mejorar la calidad de la vida debe generar
más y más conocimientos. Hasta comienzos del siglo XX, la humanidad disponía como
fuente de fertilizantes nitrogenados sólo el salitre chileno. Nosotros creíamos tener
entonces la llave del éxito. En 1890, Sir William Crookes, en una conferencia en la
Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, alarmó al mundo al señalar que el
nitrato chileno ya no iba a alcanzar para las necesidades. El ingenio del hombre
encontró la solución a través de la investigación y llegó a producir nitrato sintético. La
misma alarma existe ante el agotamiento del petróleo. Otra vez el hombre se siente
incentivado a buscar otras soluciones y ya la investigación vislumbra posibilidades. Es
penoso ver como en nuestro país estos episodios no dejan enseñanzas y se sigue
desestimando el valor de la ciencia como elemento fundamental del desarrollo. Llegará
el tiempo que se comprenda en nuestro medio que la inversión en ciencia es también
rentable. Nosotros bien sabemos que es la más rentable de todas.
Dr. Fernando Mönckeberg B.
Bibliografía
(1) Mönckeberg, F.: Crear para compartir, Editorial Andrés Bello. Santiago, Chile, 1980.
(2) Brill, W.: Biological Nitrogen Fixation. Scientific American. Marzo 1977, Pág. 68.
(3) Hardy, R. y Havelka, U.: Nitrogen Fixation Research: A Key to World Food? Science
188: 633, 1975.
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl