La semilla de la investigación
Un proyecto de la UMH investiga el control y optimización de cultivo de Cannabis sativa en invernadero y su trazabilidad digital
Raphael Mechoulam, profesor israelí de química y reconocido como el ‘padre’ de la investigación del cannabis, falleció en marzo de 2023. Fue célebre por haber aislado y determinado la estructura y síntesis total de la molécula Δ9-tetrahidrocannabinol (THC), el principal ingrediente psicoactivo de la marihuana, y por sus trabajos con el sistema endocannabinoide. Sus estudios fueron cruciales para conocer la fisiología del sistema nervioso. Hoy en día continúa la exploración en torno a los compuestos de la planta Cannabis sativa. En este sentido, el proyecto CANNADIG, liderado por investigadores de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, busca mejorar el rendimiento del cultivo de cáñamo. El equipo monitorea la planta para predecir la evolución de los niveles del cannabidiol o CBD, un compuesto cada vez más utilizado en la industria farmacológica y cosmética por sus propiedades.
El cannabidiol o CBD es uno de los 113 compuestos orgánicos que se encuentran en la planta Cannabis sativa y representa hasta el 40% de su extracto. Despierta gran interés en la industria por sus diversas aplicaciones que se extienden mucho más allá del ámbito medicinal, con usos en la producción de fibras vegetales (muebles, estructuras arquitectónicas, textil o fabricación de papel), para la alimentación de ganado, regeneración de los suelos, etc. En CANNADIG, se siguen dos grandes líneas de investigación: la mejora de la producción ecológica del CBD y la trazabilidad digital del cultivo. Para ello, investigadores de la UMH y de la Universidad de Alicante (UA), en el marco de la red AGROALNEXT, cuentan con fondos europeos del programa NextGeneration EU, cedidos por el Ministerio de Ciencia e Innovación a la Generalitat Valenciana.
Producción sostenible de CBD
Uno de los responsables de CANNADIG es José María Cámara Zapata, investigador en el Centro de Investigación e Innovación Agroalimentario y Agroambiental (CIAGRO-UMH). Aunque pretenden optimizar el proceso de obtención de CBD en plantas de invernadero, Cámara Zapata afirma que están abiertos a apoyar a los agricultores que elijan plantar al aire libre. De hecho, en la Escuela Politécnica Superior de Orihuela (EPSO) de la UMH se están realizando pruebas adicionales en parcelas exteriores.
El invernáculo donde realizan las pruebas tiene la peculiaridad de contar con un sistema agrovoltaico, es decir, una sinergia entre la obtención de energía solar y la agricultura. Emplean una malla fotovoltáica de sombreo que difiere de las placas solares convencionales de silicio. Resulta muy versátil: se puede plegar o desplegar para usarla durante momentos puntuales (en las horas centrales del día, sobre todo); regula la cantidad de radiación que llega a la planta; genera electricidad mientras produce sombra; reduce el impacto ambiental y disminuye los costes. Se estudiará su comportamiento y su rentabilidad para producir energía y biomasa, especialmente en términos de los principios activos, como el CBD.
El cáñamo tiene un papel importante en la mitigación del cambio climático por su capacidad para absorber dióxido de carbono
El cáñamo contra el cambio climático
Además, el cáñamo tiene un papel importante en la mitigación del cambio climático por su extraordinaria absorción de CO₂ . Existen estudios que afirman que una hectárea de estas plantas secuestra de 9 a 15 toneladas de dióxido de carbono, cantidad similar a la capturada por un bosque joven, con la ventaja de que la Cannabis sativa solo tarda cinco meses en crecer. El equipo de CANNADIG utiliza medidores de intercambio de gases para obtener información precisa sobre la concentración de CO₂ dentro de las hojas. Además, evalúan la evapotranspiración, que indica si una planta está captando más o menos materia orgánica a partir de la luz solar, el gas carbónico y el vapor de agua en su entorno. Cámara Zapata comenta que “esa materia vegetal que ha fijado grandes cantidades de CO₂, se convierte en reservorios de carbono como muebles o barreras de seguridad en las carreteras”. Es decir, que cualquier cosa producida a partir de la planta del cáñamo resulta en un beneficio ambiental: descontamina más de lo que contamina.
Estrés y crecimiento del cannabis
En condiciones óptimas de hidratación, temperatura y calidad del suelo, las plantas tienden a enfocarse en el crecimiento y en la producción de materia orgánica a través de la fotosíntesis. Sin embargo, cuando se enfrentan a desafíos como sequías, salinidad, metales pesados o altas temperaturas, cambian su metabolismo primario por uno secundario. Esto implica una síntesis de compuestos que les ayuda a defenderse contra el estrés ambiental. En el caso del cannabis, algunos de esos elementos son los terpenos y dentro de ellos destaca el cannabidiol (CBD). Para aumentar la concentración de terpenos en las plantas, se les induce un estrés controlado. “Esto puede sonar cruel, pero cuando la gente prefiere los tomates cultivados al aire libre, no se da cuenta de que están ante un cultivo muy estresado por la excesiva radiación solar”, indica el investigador de la EPSO.
El cannabidiol tiene diversas aplicaciones industriales: medicinales, la producción de fibras, alimentación de ganado o descontaminación del suelo
A su vez, otra tecnología que se está empleando en el proyecto es la cámara hiperespectral. Esta herramienta proyecta luz en la planta y mide la radiación que refleja, que variará según su composición. Cuando se comparan las imágenes espectrales obtenidas con los análisis del laboratorio, se abre un amplio abanico de aplicaciones potenciales. Entre estas utilidades, destaca la capacidad de monitorear y predecir la evolución de los niveles de CBD a lo largo del ciclo de crecimiento del cáñamo. Lo que permite tomar decisiones informadas sobre el momento adecuado para la cosecha.
Trazabilidad digital: de la semilla al producto final
Perder la pista a un artículo en el curso de su elaboración puede suponer un auténtico riesgo para las empresas, para ello, tener un historial virtual del producto puede ayudar mucho. En CANNADIG, la trazabilidad digital permite mantener registros de todos los trámites, licencias y pasos necesarios en el proceso de producción del CBD. Proporciona a los consumidores la seguridad de que están adquiriendo una planta que ha sido monitorizada desde la semilla, hasta el producto final. El responsable de este apartado es Francisco Javier Ferrández Pastor, coordinador del Laboratorio Industria 4.0 en la UA.
Paralelamente, como trabajan con tantos datos de sensores, están experimentando con la tecnología de blockchain que actúa como notaría digital. Esto garantiza que la información registrada en la cadena de bloques no pueda ser alterada o manipulada, lo que es crucial para asegurar la autenticidad de la producción. Por ejemplo, si alguien pregunta sobre el origen de una semilla o los procesos utilizados en el cultivo, puede cerciorarse a través del blockchain. No obstante, Ferrández Pastor informa que “a pesar de que este mecanismo puede ser sólido, siempre cabe la posibilidad de que se truquen los propios sensores para falsificar los resultados”.
Del mismo modo, se quiere ayudar a los agricultores con los ‘gemelos digitales’, o sea, una copia virtual de la planta y su comportamiento en diferentes condiciones. A esta reproducción se le incorporan datos en tiempo real que son captados a través de los diferentes sensores. Una vez recolectada dicha información, se procesa con Inteligencia Artificial (IA). De esta forma, podrán tomar decisiones óptimas sobre cómo cultivar cáñamo en condiciones virtuales antes de aplicarlas en la realidad.
El desafío de CANNADIG es que estas tecnologías sean accesibles, simples de usar y que realmente ayuden a los agricultores a obtener un mejor rendimiento en sus cultivos. A menudo, las técnicas existentes pueden resultar costosas, poco intuitivas y difíciles de mantener. Sofía Pardo Pina, graduada en ingeniera agrónoma por la EPSO y técnica de investigación del proyecto, espera que “este trabajo ayude a normalizar el cultivo y acabe con el estigma del cannabis”.
