‘terraformar’  el planeta?

REPORTATGE

‘Terraformar’ el planeta?

El científic Ricard Solé explica en aquest article com la biologia sintètica podria ajudar a combatre els efectes del canvi climàtic, però alerta que ho dificulta la prevenció, que dificulta l’experimentació. És un dels grans debats del moment i forma part del dossier especial sobre edició genètica amb el qual la revista ‘La Maleta de Portbou’ celebra els seus 30 números

‘terraformar’ el planeta?

L’extinció d’una espècie és per sempre.

Això no és ‘Jurassic Park’.

No podrem tornar a recuperar-les.

Stuart Pimm

Durant els últims 11.000 anys, després de deixar enrere l’última gran glaciació, la humanitat ha viscut un període de relativa tranquil·litat mediambiental. Durant l’anomenat holocè la temperatura mitjana del nostre planeta s’ha mantingut molt estable i en valors que van permetre el desenvolupament de l’agricultura i l’emergència de ciutats, que, al seu torn, van portar a la creació de xarxes socials complexes i l’especialització de la feina. Amb l’escriptura i el desenvolupament de maneres d’obtenir energia cada vegada més eficients, les limitacions dels éssers humans per transformar el seu entorn es van superar un cop i un altre. La capacitat per adaptar-nos a diverses condicions també ens va dur a modificar tot tipus d’ecosistemes, normalment per convertir-los en camps de cultiu o pastures per a la ramaderia. Primer amb la caça i després amb la destrucció d’hàbitats, moltes espècies es van extingir. Algunes d’aquestes espècies eren depredadors essencials per mantenir la diversitat d’ecosistemes en els quals, un cop eliminades, l’explosió de les poblacions de les seves preses va generar una allau de canvis que sovint va implicar la pèrdua d’altres espècies. El registre del passat ens diu clarament que el nostre èxit com a espècie va arribar pagant un alt preu.

El llarg hivern de l’holocè sembla que s’està acabant. Un punt d’inflexió va ser el descobriment del petroli com a font d’energia molt rica que permetia obtenir un gran nombre de productes, com la gasolina i el plàstic. La primera va permetre una nova revolució fent que el transport de persones i béns es generalitzés. El segon va generar productes manufacturats resistents que van substituir la gran majoria d’objectes d’ús quotidià. Tots dos van comportar nous nínxols i innovacions. L’energia barata i eficient va ser el motor de canvi de la connectivitat entre centres urbans: les velles carreteres van cedir el pas a autopistes, i aquestes van generar, al seu torn, estacions de servei i motels. La mateixa energia va permetre obtenir formigó, crucial per impulsar una transició del món rural al món urbà que avui en dia encara continua. Aquests canvis serien clarament detectables per a un viatger del futur que, un cop ens haguéssim extingit, analitzés el registre geològic de la Terra. Es trobaria amb un senyal clar als sediments que s’han anat acumulant des del 1950. L’acumulació de plàstic, alumini, formigó i derivats del carbó i el petroli indicaria un procés d’extracció de recursos no naturals que només podria ser causat per una espècie intel·ligent. Evidentment, una quantitat ingent d’esquelets bípedes i alguns artefactes observats permetrien deduir la identitat de l’autor de tot plegat.

Esperant el col·lapse

Aquest període recent de la nostra història s’ha denominat antropocè, un terme que ens remet a la nostra espècie com a causant del canvi, alhora que el situa com a nova era geològica. Quines en seran les conseqüències? Juntament amb totes les observacions anteriors, un increment accelerat de la concentració de diòxid de carboni podria generar un col·lapse de la nostra societat. L’antropocè també és un període d’acceleració sense precedents. Els models de canvi climàtic i l’augment de temperatures poden desencadenar canvis de gran rapidesa, per la qual cosa el col·lapse pot ser un fenomen sobtat. En particular, s’ha predit que si se supera el valor crític de dos graus per damunt de la mitjana de les temperatures anteriors a la Revolució Industrial entrarem en un procés d’escalfament autoalimentat sense sortida: un punt sense retorn. Si fos així, ens trobaríem en una situació en què la perspectiva tradicional del risc (canvis continuats comporten efectes proporcionals) és totalment inadequada. Ja estem veient actualment un bon nombre de canvis congruents amb les pitjors prediccions dels models. Els esculls de corall han patit declivis enormes per culpa d’onades de calor inusual, que en alguns llocs han matat el 90% d’aquests sistemes singulars. El gel de l’Àrtic ha anat desapareixent ràpidament, la qual cosa fa que el clima de l’hemisferi nord perdi l’estabilitat i hi hagi fluctuacions extremes de temperatura per a les quals, possiblement, no estarem preparats. En ecosistemes semidesèrtics (un 30% del total del nostre planeta, on viuen una mica més del 30% dels éssers humans), els augments de temperatura i les consegüents reduccions de precipitació provocaran transicions brusques cap a l’estat desèrtic. Un cop s’hagi produït aquesta transició, ens trobarem amb zones del món convertides en camps de dunes sense cap tipus de vida. Ningú no hi podrà viure i el canvi serà irreversible. Quines estratègies podríem adoptar per afrontar aquests problemes causats per les nostres accions?

Estratègies al rescat del planeta

Els científics fa dècades que envien senyals d’alerta i suggereixen estratègies de mitigació i de canvi cap a models energètics sostenibles. Malauradament, la lògica del mercat i l’acceptació cega que en fa la major part de la classe política han deixat en mans equivocades la presa de decisions o, més ben dit, la incapacitat per afrontar i resoldre el problema. La conseqüència és que la finestra de temps de què disposem per poder canviar les tendències s’ha anat tancant. Economistes com Nicholas Stern o científics com Anthony Barnosky i Elizabeth Hadly no donen més de dues dècades per actuar. D’altres encara en donen menys. En cas que sigui així, caldria preguntar-se si n’hi haurà prou amb les solucions basades en la sostenibilitat o la reducció d’emissions. És aquí on apareixen alternatives que requereixen influir directament sobre el nostre planeta i que estan basades en l’enginyeria. Aquestes alternatives han estat damunt la taula durant dècades com a simples especulacions que generen tot tipus de crítiques i suspicàcies. La geoenginyeria és la més coneguda. Es basaria en l’ús de diverses estratègies que permetin reduir la temperatura del planeta sense canviar necessàriament la concentració de diòxid de carboni. Així, per exemple, s’ha estudiat la possibilitat d’augmentar la quantitat de núvols per reflectir més proporció de llum, i això es podria aconseguir per mitjà d’unes torres generadores de dimensions gegantines situades en grans vaixells i capaces de convertir aigua de mar en vapor o amb milions de petits satèl·lits amb miralls que reflectirien la llum del sol. En tots dos casos, les dificultats tècniques i els costos astronòmics només serien el problema més petit de tots. Una proposta recent introdueix una nova dimensió a aquest problema i es basa en l’ús de la biologia sintètica, és a dir, la bioenginyeria de la biosfera.

L’alternativa de la biologia sintètica

Quan plantegem les estratègies basades en la geoenginyeria hem d’assumir dues coses. D’una banda, que no són una solució per al problema de fons. De l’altra, que no se saben gaires coses sobre els seus efectes potencials (en part, a causa de moratòries que han frenat la nostra comprensió de les possibilitats d’algunes tècniques). L’alternativa, basada en l’ús de la biologia, apareix com una manera d’abordar la qüestió basada en l’enginyeria de sistemes vius. La nostra proposta, publicada el 2015, suggereix modificar genèticament microorganismes amb capacitat de restaurar funcions perdudes, millorar la capacitat de resposta d’ecosistemes en perill i també buscar maneres d’explotar sistemes degradats per crear nous ecosistemes sintètics. Agafem, per exemple, els sistemes semiàrids. En aquest cas ens trobem amb hàbitats que es caracteritzen per tenir precipitacions molt reduïdes i vegetació sotmesa a un estrès considerable, que pot incloure la pressió del pasturatge. En aquestes condicions, els estudis de la dinàmica de poblacions demostren clarament que hi ha un punt de col·lapse associat a punts crítics que separen una fase verda d’una de desèrtica. La pèrdua de vegetació, que estabilitza el sòl i n’evita la degradació, comporta la pèrdua de la retenció d’aigua i, en últim terme, el manteniment d’un sòl funcional. Aquesta transició es va produir al lloc que avui coneixem com a desert del Sàhara fa aproximadament 5.500 anys. L’ecosistema anterior, que va deixar fòssils abundants, estava dominat per llacs, rius, vegetació abundant i grans animals (inclosos hipopòtams), a més de poblacions humanes estables. Tot i que la insolació mitjana va anar canviant progressivament amb el pas del temps, en un moment concret es va iniciar un declivi que es va acabar (potser en només un segle) amb una transició catastròfica. Pot tornar a passar en un futur no llunyà, i hi ha diverses zones del planeta (entre les quals el Mediterrani) on les amenaces d’un canvi d’aquest tipus estan ben identificades. Hi ha camps immensos de dunes al sud de l’Àfrica que actualment estan immobilitzats i que poden fer una transició cap a un sistema de dunes actiu. Un cop en moviment, la inestabilitat regional (com ha passat a Síria, on la inestabilitat i l’entrada en guerra es van veure afavorides per una sequera prolongada) es propagarà ràpidament amb conseqüències devastadores.

Aquí és on entra en joc la possibilitat de fer servir la biologia sintètica per evitar els canvis no desitjats. Considerem el problema del col·lapse de sistemes àrids i una possible manera de modificar-los artificialment. Un component molt important és l’anomenada crosta del sòl, que defineix un ecosistema situat dins d’una capa fina d’enorme complexitat i diversitat. A la crosta hi ha diverses classes d’organismes, com ara bacteris, fongs i líquens. Un grup especialment rellevant són els cianobacteris, un grup de bacteris fotosintètics que mantenen bona part de les funcions en aquest sistema. Una possibilitat seria modificar genèticament aquests bacteris perquè produeixin una molècula biodegradable que millori la retenció d’aigua a la crosta. Aquesta millora tindria un impacte sobre la crosta mateixa (i l’ecosistema que sosté) i sobre la coberta vegetal, que podria expandir-se i millorar la seva persistència. En aquest cas, de fet, podria generar-se un efecte de cooperació entre les plantes i els bacteris modificats, amb la qual cosa, en última instància, s’hauria creat (o reforçat) una interacció mutualista. Aquests bucles cooperadors són habituals a la natura i són necessaris per conservar-ne la diversitat, per la qual cosa l’enginyeria que proposem passa, en bona part, per fer servir la lògica de les xarxes ecològiques.

Aquesta idea es pot estendre a altres problemes associats al mal que les activitats humanes fan sobre la biosfera. Un altre exemple clar és el plàstic, que, a causa de la seva enorme estabilitat, no ha deixat d’acumular-se sense parar i ho seguirà fent durant dècades. Als mars d’arreu del món la seva presència s’ha fet evident als anomenats girs oceànics, on la circulació marina crea zones de convergència en les quals es concentren grans quantitats d’aquest material, però també als fons marins. Quin impacte està tenint aquest tipus de contaminant sobre els éssers vius? Sembla clar que moltes espècies de vertebrats pateixen els efectes de la ingesta de fragments de plàstic de mides diverses. En molts casos simplement obstrueixen la digestió o la respiració i causen la mort, però és probable que comportin efectes que encara desconeixem.

‘L’efecte Jurassic Park’

Què hem de fer amb el plàstic? Hi ha dues possibilitats basades en l’enginyeria de microorganismes que podrien ajudar a resoldre el problema. Una seria desenvolupar bacteris sintètics capaços de fer servir el plàstic com a font principal de carboni, la qual cosa els faria molt dependents d’aquest recurs artificial. En aquest cas, podrien fer servir els fragments (flotants o del fons) com a substrat per créixer alhora que el van destruint. Una manera alternativa seria mineralitzar-lo, fent que la seva estabilitat fos la d’un mineral. En tots dos casos, la idea de modificar els ecosistemes resulta arriscada a primera vista, i l’argument més habitual és el que podríem anomenar l’ efecte Jurassic Park. A la pel·lícula de Spielberg, basada en la novel·la de Michael Crichton, es descriu l’intent de crear un parc d’atraccions amb dinosaures reconstruïts a partir de l’ADN fòssil pertinentment completat amb material genètic modern. Com en qualsevol clàssic que presumeixi de ser-ho, tot surt malament i les atraccions es converteixen en malsons. Un matemàtic (interpretat per Jeff Goldblum) ens avisa amb antelació sobre els perills d’un desenllaç no desitjat, perquè els sistemes vius evolucionen i canvien de manera imprevisible. Res es pot controlar realment, i per tant el control de la complexitat és una quimera. La frase lapidària del seu alter ego Ian Malcolm és “La vida troba el seu camí”. Una expressió que trobem, explícitament o implícitament, en diverses moratòries sobre l’ús d’organismes modificats genèticament.

Però realment és així? És cert que els sistemes vius tenen un potencial evolutiu, però no és menys cert que aquest potencial no és il·limitat i que depèn molt del context ecològic. D’altra banda, se sol presentar la idea de modificar un gen d’un organisme per alliberar-lo com un salt al buit, mentre que en realitat sabem molt bé que la transferència de gens entre microorganisme és constant i a gran escala en qualsevol ecosistema. La diversitat genètica i el flux constant de gens (la denominada transferència horitzontal) són part essencial de la biosfera.

Què pot garantir la contenció d’un organisme sintètic? Tornem a l’exemple del sistema àrid. Com que les condicions físiques d’aquests climes no permeten explosions poblacionals, l’efecte del canvi estaria controlat pel mateix ambient i, alhora, limitat per la comunitat a la qual pertanyés el bacteri. No hem d’oblidar que una comunitat diversa sol condicionar (i controlar) l’expansió de qualsevol dels seus components. D’altra banda, hem d’assumir la possibilitat que, malgrat aquests límits, l’ecosistema canviï. Diversos experiments duts a terme en el passat, en els quals s’ha afegit o tret una espècie clau (una intervenció molt més important que la que proposem), han demostrat que la comunitat pot experimentar transformacions de cert abast. Una zona semidesèrtica pot transformar-se en una zona poblada parcialment per herbes altes o arbustos. Si tenim en compte el problema del plàstic, si es crea un organisme el metabolisme del qual s’ha modificat per explotar aquesta matèria artificial no podrà fer una transició cap a una nova forma de comportament. Les restriccions imposades per l’especialització són enormes, i l’únic destí és la desaparició un cop s’hagi completat la tasca.

Per què cal un debat racional real?

Els arguments anteriors no eliminen completament els dubtes que poden sorgir, però no podem oblidar algunes consideracions importants. En primer lloc, no hi ha un debat racional real sobre l’ètica o la viabilitat d’aquesta proposta. Quins són els experiments que indiquen la presència o l’absència de problemes? Senzillament no n’hi ha. En segon lloc, i aquest és un punt molt important, que la capacitat de modificar organismes fora de les institucions acadèmiques ja és una realitat. Els biohackers o qualsevol persona amb uns recursos ja disponibles fan més que possible que en un futur s’alliberin organismes modificats genèticament. Hem d’estar preparats per entendre què podem esperar quan això passi. Un tercer punt és que els humans ja ho estem fent tot malament. La destrucció i la contaminació d’hàbitats és una realitat tan palpable com indesitjable. No hem deixat de canviar els ecosistemes durant milers d’anys, i ho hem fet de manera totalment irreflexiva. Ara podem fer-ho amb objectius que han de sumar la nostra pròpia persistència com a espècie amb la necessitat de garantir la biodiversitat. I aquí sorgeix una pregunta no menys important: de quina biodiversitat parlem?

Hi ha un precedent d’enginyeria d’ecosistemes: l’illa de l’Ascensió. Situada enmig de l’Atlàntic, aquesta illa va experimentar al segle XVI una gran degradació després que els mariners portuguesos hi introduïssin cabres. El 1836, el mateix Charles Darwin (que va visitar l’illa durant el seu famós viatge amb el Beagle ) va descriure l’Ascensió com “un tros de cendra”. Una mica més tard, un bon amic de Darwin, el botànic Joseph Hooker, va iniciar un experiment únic de terraformació basat en la introducció massiva d’espècies exòtiques que podrien millorar la biodiversitat de l’illa i, amb sort, la retenció de l’aigua de pluja. L’Ascensió va experimentar una transformació total en unes dècades. Cap a finals del mateix segle s’hi havien establert moltes espècies que mai abans havien coincidit en un mateix ecosistema (com ara pins, bambú i eucaliptus). Del no res es va crear un bosc nebulós tropical i l’aigua s’hi va fer abundant. En un sentit literal, l’ecosistema és completament sintètic, format per l’assemblatge d’una comunitat els components de la qual havien evolucionat en llocs molt diversos, sense cap connexió.

Si preguntéssim a un ecòleg sobre l’estructura ecològica de l’illa, ens diria que és un ecosistema madur com qualsevol altre. La lliçó d’aquest exemple (i d’altres) és que la interacció entre espècies pot generar ecosistemes complexos i diversos, bé a través d’un procés sense intervenció humana, bé amb la nostra intervenció. La biosfera del futur (d’aquí cinquanta o cent anys) podria ser molt diferent de la que hem vist durant l’antropocè. En molts llocs del planeta podrien aparèixer noves comunitats mai vistes abans com a resultat de la nostra influència. Pel camí potser perdrem ecosistemes que avui ens són familiars, però si realment pensem en les generacions futures l’exemple de l’Ascensió hauria de servir per a alguna cosa. La vida s’obre pas, sens dubte, però amb les seves lleis i regularitats.

Per salvar el que ens queda no podem creure cegament en la tecnologia, però dubto molt que ens en sortim sense la seva ajuda. En aquest planeta que canvia ràpidament, les decisions probablement requeriran una visió més àmplia del que anomenem natural. En aquest futur, del qual els humans i la biosfera han de formar part, haurem de combinar les regles que defineixen la construcció de la biodiversitat amb maneres de preservar-la davant del col·lapse. 

Ricard Solé és professor d’investigació Icrea a la Universitat Pompeu Fabra (UPF), on dirigeix el Laboratori de Sistemes Complexos (UPF-PRBB) i fa classes de biomatemàtica, disseny biològic i malalties complexes. La seva formació acadèmica combina la biologia i la física, disciplina en què es va doctorar. La seva investigació inclou àmbits molt diversos, des de l’estudi de la dinàmica evolutiva dels virus fins a la biologia sintètica i la seva aplicació en la preservació d’ecosistemes, l’estudi de les xarxes socials o el llenguatge i sistemes complexos com internet. Ha escrit els llibres Redes complejas (Tusquets, 2009) i Vidas sintéticas (Tusquets, 2012). Aquest article s’ha publicat originalment dins el dossier especial titulat Està la societat preparada per a l’edició genètica? del número 30 de la revista La Maleta de Portbou dels mesos juliol-agost.

Etiquetes

Més continguts de

El + vist

El + comentat