El desafío de la polinización artificial

• Actualmente un 75 % de los alimentos consumidos por la población mundial dependen de agentes polinizadores. La polinización juega un papel muy importante para el mantenimiento de la agricultura.
• Las abejas y las avispas son los agentes polinizadores más importantes para las prácticas agrícolas. Sin embargo, un 37 % de la población de abejas silvestres presentes en Europa está disminuyendo. 
• El uso de plaguicidas, la pérdida de la biodiversidad, las especies invasoras, la contaminación del agua, el impacto de las enfermedades y parásitos y la remoción de las flores silvestres, además de los impactos del cambio climático, son los factores que más contribuyen a la disminución de estos agentes.
• La polinización artificial se mantiene como una de las soluciones más importantes para el mantenimiento de las prácticas agrícolas en el futuro. Estas técnicas han evolucionado mucho en los últimos años, y su implementación aumenta los rendimientos de las cosechas y suplementan el déficit del aporte de los agentes polinizadores.

La mayoría de los cultivos agrícolas requieren la polinización para una producción exitosa. Los fenómenos meteorológicos, como el viento y el agua, o la asincronía en la floración entre un cultivo y su polinizador son factores que limitan la polinización.

La polinización se trata del proceso natural de transferencia de polen masculino y femenino, que permite la fecundación de las flores, para dar lugar a los frutos y las semillas.

Las polinizaciones, principalmente las cruzadas desempeñadas por insectos, incrementan aún más la vulnerabilidad de la cosecha debido a la disminución de la población que están sufriendo estos agentes polinizadores.

En Europa, los principales agentes polinizadores son las abejas, las mariposas, los escarabajos, los sírfidos, las polillas y las avispas, además de algunos mamíferos, roedores, aves o reptiles. 

La polinización de las flores es vital para garantizar la seguridad alimentaria de la población mundial, así como para la biodiversidad. Específicamente, el 75 % de los alimentos consumidos por la población mundial dependen de la polinización.

La polinización de las flores es vital para garantizar la seguridad alimentaria de la población mundial

Sin embargo, las abejas, unas de las encargadas claves de esta misión, están en peligro. 

Europa dispone del 10 % de la diversidad, a escala global, de abejas, albergando un total de 2.000 especies de abejas silvestres en su territorio, lo que confiere mucha responsabilidad en términos de biodiversidad.

No obstante, según el informe de la IPBES (Plataforma Intergubernamental sobre Biodiversidad y Servicios de los Ecosistemas), el 37 % de la población de las abejas silvestres presentes en Europa están en disminución.

Las abejas melíferas occidentales (Apis mellifera) son las polinizadoras de cultivos más conocidas y, para determinados cultivos, la demanda regional de estos agentes puede ser intensa durante los meses de floración, lo que requiere que las abejas sean transportadoras de polen, incluso a grandes distancias. 

Las abejas solo visitan una especie de flor en cada jornada, pudiendo visitar hasta un total de 7.000 flores en un solo día favoreciendo la polinización, además de recoger cantidades suficientes de polen tanto para su propio consumo como para abastecer a la colmena. 

La función desempeñada por las abejas es clave para el mantenimiento de la agricultura

Según datos de la Comisión Europea, en la actualidad, una de cada diez especies de abejas, así como las mariposas, está en peligro de extinción en Europa. 

Las evidencias apuntan a una disminución considerable en el número de estos polinizadores, debido principalmente a las actividades desempeñadas por los humanos.

Entre los principales factores que amenazan a los polinizadores, se pueden destacar:

• La pérdida de la biodiversidad y la escasez de hábitat natural
• Parásitos y enfermedades
• Las prácticas de la agricultura intensiva, basadas en monocultivos y en pulverizar plaguicidas
• La contaminación del agua
• La remoción de flores silvestres
• Las especies invasoras, tanto vegetales como animales
• Los impactos del cambio climático
   

Impactos de la agricultura

A escala mundial, los cultivos dependientes de agente polinizadores representan una proporción cada vez mayor en lo que se refiere a área agrícola total, aumentando la demanda de estos agentes.

En España, el valor económico estimado por Greenpeace para la labor de polinización de las abejas en la agricultura ultrapasa la cifra de los 2,4 millones de euros anuales. En el mundo, el valor anual aproximado es de 265.000 millones de euros.

Si bien el número de colonias de abejas melíferas ha aumentado en todo el mundo como respuesta a esta problemática, la tasa de crecimiento no ha seguido el ritmo de la demanda, lo que ha provocado déficits de polinización y un aumento de los precios de muchos cultivos.

Una investigación realizada por Harvard estima que entre un 3 % al 5 % de la producción agrícola mundial de frutas, verduras y frutos secos se pierde debido a una polinización insuficiente o deficitaria. 

Adicionalmente, según la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) una polinización gestionada adecuadamente puede aumentar la producción de alimentos en media un 24 %, mejorando la seguridad alimentaria. 

Eventos climáticos cada vez más frecuentes y severos, como incendios, inundaciones y ciclones, así como la limitación de los recursos forestales necesarios para sustentación de las colmenas, también dificultan la creación de nuevas colonias de abejas.

El aumento del uso de la tierra para la agricultura o para la urbanización también ha intensificado la pérdida y la degradación de estos hábitats naturales.

Las prácticas agrícolas han reducido la resiliencia de las colonias debido a la exposición a diversos pesticidas, uno de los más conocidos son los insecticidas neonicotinoides, prohibidos por la Unión Europea en 2018, aunque sigan permitiendo el uso en invernaderos permanentes.

La situación también se agravada por enfermedades como la varroosis, enfermedad endémica en Europa, causada por el ácaro Varroa, destructor que afecta a toda la colmena. 

Adicionalmente, los monocultivos practicados a gran escala han aumentado la necesidad de la polinización. Sin embargo, a la vez contribuyen a la disminución de la población de polinizadores naturales.

La producción de cultivos sostenibles va a requerir nuevos enfoques para los servicios de polinización que complementen o sustituyan a las abejas si no hay suficientes colonias disponibles para satisfacer la demanda.

Polinización artificial

En las últimas décadas, los humanos han intentado reemplazar a los polinizadores naturales frente a este nuevo escenario.

Cultivos como las palmeras datileras, han sido polinizadas manualmente por humanos desde hace más de 4.000 años, según documentos históricos 

No obstante, solo la polinización de otros pocos cultivos, sobre todo cultivos como la vainilla, pueden soportar el costo de la polinización manual, que requieren mucha mano de obra y muchas veces altas inversiones. 

Aunque algunos cultivos, principalmente de frutas de hueso, o cultivos como el kiwi, la manzana, el calabacín, y la calabaza, entre otros, utilizan con éxito tecnologías de polinización, desde aplicadores manuales hasta sistemas de aspersión automatizado en tractores. 

En el caso del kiwi, que presenta una naturaleza dioica (flores masculinas y femeninas en plantas separadas), produce poca cantidad de polen y tiene un alto potencial de cuajado, lo que estimula el desarrollo temprano de técnicas de polinización artificial. 

En este caso, las investigaciones demostraron que complementar la actuación de los polinizadores con polinización artificial aumenta tanto el cuajado, como la calidad de la fruta.

Sin embargo, otras plantas presentan más desafíos, ya que la mayoría de las flores son muy pequeñas, producen poco polen o el grano de polen tiene una vida útil muy corta, que no corresponde con el periodo de floración del cultivo que necesita la polinización. 

La mayoría de las tecnologías de polinización artificial requiere de una fuente de polen de alta calidad para tener éxito

A pesar de esta limitación, en la última década muchos investigadores, así como empresas, han asumido el desafío de la polinización, hecho que se comprueba con el creciente número de patentes publicadas sobre nuevos dispositivos de polinización artificial, que van más allá de las pulverizaciones manuales.

En este sentido, se propone utilizar técnicas mecánicas y automatizadas para polinizar las plantas, reemplazando la necesidad de insectos, eventos climáticos o en algunos casos suplementar la actuación de los agentes polinizadores naturales para obtener mejores rendimientos. 

La aplicación de estas técnicas es importante porque la mayoría de las veces no hay suficientes polinizadores para realizar una polinización eficiente y, en ocasiones, la introducción de nuevos agentes puede ser arriesgada y costosa. 

A continuación, se detallarán las principales técnicas de polinización artificial, basadas en realizar la transferencia del polen de una planta a los estigmas de la misma planta o de otra planta:

• Polinización manual: se recoge el polen de las anteras de una flor y se transfiere manualmente a los estigmas de la misma flor o de otra. Utilizado comúnmente en la horticultura y la producción de semillas de plantas.
• Polinización por pincel: se basa en utilizar pinceles, hisopos o instrumentos similares para recolectar el polen de una flor y transferirlo a otras flores. Esta técnica es utilizada cuando se requiere más control en la transferencia del polen.
• Polinización por soplado o polinización por aire: se utiliza el aire para transportar el polen de una planta a otra. Esto puede involucrar el uso de herramientas o dispositivos que soplen el polen sobre las flores.
• Polinización por aspersión: el polen se mezcla con agua y se riega sobre las flores para promover la transferencia.
• Polinización por insectos artificiales o robóticos: son tecnologías que emplean drones, robots o insectos artificiales para realizar la polinización. Estas tecnologías buscan replicar la acción de los polinizadores naturales.
• Polinización por vibración: algunas flores liberan polen con la vibración. Se utilizan dispositivos que producen vibraciones para simular esta acción y liberan el polen en las flores.
• Polinización por burbujas: utiliza pistolas de burbujas, como las burbujas de jabón, que contienen polen para promover la polinización. Se destaca por los bajos costes de la tecnología, pero la aplicación está condicionada por ciertas condiciones climáticas favorables.
• Polinización por láser: utilizan polen concentrado en vehículos especiales que emiten una carga electrostática para evitar que los granos individuales se peguen, expulsando suavemente el polen. Se utiliza láseres para mantener una distancia optima entre el vehículo y los cultivos, lo que garantiza una polinización más eficaz.

Casos de éxito: polinización artificial

Diversas iniciativas se han dedicado, en los últimos años, a la creación de soluciones innovadoras, tanto para cultivos en el campo donde los polinizadores naturales son escasos, como también en invernaderos o en entornos urbanos donde la presencia de polinizadores naturales es cada vez más limitada. De las cuales se detallará algunas, a continuación.

JAIST (Japan Advanced Institute of Science and Technology)

El instituto de investigación japones JAIST, ha desarrollado una tecnología basada en burbujas de polen que promueven una entrega efectiva y conveniente de granos de polen a las flores, gracias a su pegajosidad, suavidad, y alta flexibilidad, además de potencializar la actividad del polen.

La tecnología se ha aplicado utilizando drones que dispararan burbujas de polen estabilizadas mecánicamente en orquídeas. La investigación ha producido resultados favorables, utilizando poca cantidad de polen en comparación con otras técnicas.

Esta técnica innovadora de polinización tiene el potencial de aplicabilidad para otros cultivos, además de ofrecer una solución de bajo coste, sin la necesidad de altas inversiones para los agricultores. 

Arugga

La empresa Arugga, ofrece un robot para cultivos de tomate en invernadero. 

El robot desarrollado por la empresa tiene la capacidad de moverse por el suelo entre las hileras del cultivo, realizando la polinización por pulsos de aire.

Adicionalmente, ofrece soluciones de detección temprana de enfermedades y parásitos, basadas en el uso de cámaras en los robots, capaz de escanear centenas de hojas en cada hilera.

 

Edete Precision Technologies

La empresa israelí Edete utiliza láseres en su método innovador de polinización. 

Recolecta el polen que puede almacenar hasta un periodo de 18 meses. En el momento adecuado de la polinización, utiliza vehículos para expulsar suavemente el polen, a los que se le aplica una carga electrostática para evitar que los granos salgan individualmente.

Los vehículos utilizan sensores LiDAR (una tecnología que utiliza láser, muy similar a un radar) para garantizar una mayor precisión de la polinización, manteniéndose a 10 cm de los árboles para la maximización del resultado.

Su tecnología se utiliza principalmente para el cultivo de pistachos. La precisión de la polinización aumenta el rendimiento del entre un 15 % y un 30 %.

 

Polybee

La empresa Polybee, ofrece una solución basada en el uso de mini drones para cultivo de tomates, pimientos y fresas en invernaderos. 

Los drones son capaces de volar muy cerca de las plantas, creando corrientes de aire cerca de las flores, solamente con el movimiento de aire generado para volar. Esta corriente favorece la circulación del polen promoviendo una polinización eficaz.

La polinización controlada aerodinámicamente, poliniza cultivos auto fértiles, sin contacto, aprovechando el flujo descendente de drones, vibrando los racimos de flores de manera optimizada. La tecnología funciona de forma totalmente autónoma utilizando Inteligencia Artificial.

Si quieres saber más...

1. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/innovacion/floracion-y-polinizacion-aguacate-sur-espana   
2. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/innovacion/claves-floracion-y-polinizacion-chirimoya  
3. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/innovacion/polinizacion-manual-de-la-chirimoya/ 

Bibliografía

1.    Smith, Matthew R., et al. Pollinator deficits, food consumption, and consequences for human health: a modeling study. 2022. Environmental Health Perspectives. [Consultado 20-11-2023]. Disponible en: https://ehp.niehs.nih.gov/doi/10.1289/EHP10947   

2.    Yang, Xi, and Eijiro Miyako. Soap bubble pollination. 2020. Iscience. [Consultado 20-11-2023]. Disponible en: 
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(20)30373-4?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2589004220303734%3Fshowall%3Dtrue