Unos investigadores han encontrado pesticidas naturales generados por algunas plantas: sus impactos atmosféricos

Una alternativa natural a los pesticidas podría estar escondida en un compuesto vegetal malentendido, pero podría tener un costo ambiental.

Durante años, los científicos desconocían el isopreno, una sustancia química natural producida por las plantas. Una nueva investigación de la Universidad Estatal de Michigan, que se ha desarrollado durante 40 años, arroja luz sobre cómo esta sustancia química natural puede repeler insectos y cómo algunas plantas que normalmente no producen isopreno podrían activar su producción en momentos de estrés.

Tom Sharkey, profesor distinguido de la Universidad Estatal de Michigan, del Laboratorio de Investigación de Plantas del Departamento de Energía, del Instituto de Resiliencia Vegetal de la MSU y del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, ha estudiado el isopreno durante gran parte de su carrera. Ahora, su laboratorio ha publicado hallazgos que podrían abrir camino para la ingeniería de plantas más resilientes a los cambios ambientales y a las plagas.

El artículo del equipo en Science Advances revela una respuesta hormonal desencadenada por el isopreno que impide que los insectos se acerquen a estas plantas. Los insectos que comieron hojas tratadas con isopreno sufrieron dolor de estómago debido a proteínas indigeribles que se activan cuando el compuesto está presente. Estas proteínas también inhiben el crecimiento de los gusanos que se atreven a seguir comiéndolas.

Otro artículo, publicado en las Proceedings of the National Academy of Sciences, revela que la soja produce isopreno cuando sus hojas sufren heridas. Este descubrimiento fue particularmente sorprendente, ya que los investigadores creían que los cultivos modernos no producían isopreno. Esta capacidad podría aumentar la resistencia de los cultivos al calor y a las plagas.

Impactos del isopreno

Pero ese beneficio podría tener un costo. El isopreno es un hidrocarburo que agrava la contaminación atmosférica, especialmente en zonas donde ya existe una mala calidad del aire. Si se modificaran más cultivos para liberar isopreno, se podría dañar aún más la atmósfera terrestre. La investigación también tiene implicaciones sobre el impacto de la soja en la contaminación atmosférica.

"Esa es una de las preguntas más importantes que surgen de esta investigación", dijo Sharkey. "¿Deberíamos añadir isopreno a los cultivos para protegerlos de los insectos y tolerar su efecto sobre el ozono? ¿O deberíamos modificar genéticamente las plantas para desactivar la isopreno sintasa tanto como sea posible y así mejorar la atmósfera?"

Un compuesto incomprendido

El isopreno es uno de los hidrocarburos con mayor emisión en la Tierra, superado solo por el metano procedente de la actividad humana. Estos compuestos orgánicos interactúan con la luz solar y el óxido de nitrógeno de las instalaciones de combustión de carbón y las emisiones de los vehículos, creando una mezcla tóxica de ozono, aerosoles y otros subproductos nocivos.

Sin embargo, no todas las plantas producen isopreno, y las que lo hacen tienden a producir más en climas cálidos. Se encuentra principalmente en robles y álamos, pero a diferencia de moléculas similares presentes en pinos y eucaliptos, el isopreno no tiene olor.

"Todos comprenden el olor al caminar por un pinar ", dijo Sharkey. "En un robledal, que contiene más hidrocarburos porque produce mucho isopreno, simplemente no lo notas".

Las plantas productoras de isopreno liberan más del compuesto en los calurosos días de verano. Los científicos creen que esto ayuda a estabilizar las plantas y neutralizar las reacciones de estrés. También se cree que las plantas emisoras de isopreno son resistentes a las plagas, aunque hasta ahora se había investigado poco sobre el porqué.

Pero a medida que las plantas producen más isopreno, sacrifican parte de su potencial de crecimiento. Al producir isopreno, desvían el carbono del crecimiento y el almacenamiento, invirtiéndolo en su defensa. Algunos creen que esta es la razón por la que muchas plantas se plegaron bajo presión evolutiva para eliminar la isopreno sintasa.

Sharkey se interesó por primera vez en el isopreno cuando era estudiante de posgrado en la MSU. Basándose en un simple análisis de costo-beneficio, supo que debía haber un beneficio en conservar el gen productor de isopreno. Ha dedicado gran parte de su carrera, primero en la Universidad de Wisconsin y ahora en la MSU, a descubrir cuál es.

Un experimento accidental

Una infestación de mosca blanca en un invernadero de la Universidad Estatal de Michigan (MSU) fue la primera prueba de cómo el isopreno protege a las plantas de los insectos. El laboratorio de Sharkey cultivó dos tipos de plantas de tabaco en el invernadero: una genéticamente modificada para emitir isopreno y la otra, una planta que no lo emite. Era evidente, incluso para un observador casual, que las moscas blancas preferían la planta que no lo emitía.

Los investigadores comprobaron su teoría observando gusanos del tabaco. Estos atacaron con voracidad las hojas que no emitían isopreno, dejando a las demás tranquilas. Tras 10 días, los gusanos que solo comieron hojas que emitían isopreno eran significativamente más pequeños que los que se alimentaron de las hojas sin tratar.

"La defensa no fue el isopreno en sí, sino la consecuencia de lo que el isopreno le hizo a la planta", dijo Sharkey.

Descubrimiento de genes de isopreno en la soja

Hasta hace poco, los científicos creían que cultivos como la soja y el maíz no producían isopreno porque su capacidad para hacerlo se había perdido a través de la evolución. En 2022, investigadores descubrieron dos genes de isopreno sintasa (ISPS) intactos en la soja. Sharkey decidió experimentar si el estrés ambiental podía activar el gen ISPS latente.

Para comprobarlo, colocaron pinzas en hojas de soja y las dañaron. Las hojas respondieron con una pequeña descarga de isopreno. Sharkey afirmó que esto significa que la soja tiene su parte: puede producir isopreno cuando lo necesita, pero puede detener el proceso en condiciones normales.

Se necesita más investigación para determinar cómo esta capacidad protege a la soja de los factores de estrés, así como si la producción de isopreno se desencadena por el calor extremo. Sharkey está preocupado por el posible impacto que la soja podría tener en la atmósfera si produce isopreno durante períodos de calor cada vez más frecuentes.

"Lo que más me motiva es que creo que debemos comprender estos grandes temas", dijo Sharkey. "El isopreno es la mayor fuente de hidrocarburos en la atmósfera. Debemos comprenderlo".

Referencias

Abira Sahu et al, Isoprene deters insect herbivory by priming plant hormone responses, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu4637

Mohammad Golam Mostofa et al, Cryptic isoprene emission of soybeans, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2502360122