# Ciencia y tecnología: fundamento de la bioeconomía - Propuestas del foco de biotecnología, bioeconomía y medio ambiente. Volumen 3

Alejandro Gaviria Uribe, Esteban Manrique Reol, Frederica Di Palma, Germán Poveda, Sandra Baena Garzón, Carmenza Duque Beltrán, Silvia Restrepo Restrepo, Markus Eisenhauer, María del Pilar Noriega Escobar, Guy Henry, et al.

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Alejandro Gaviria Uribe, Esteban Manrique Reol, Frederica Di Palma, Germán Poveda, Sandra Baena Garzón, et al.. Ciencia y tecnología: fundamento de la bioeconomía - Propuestas del foco de biotecnología, bioeconomía y medio ambiente. Volumen 3. Universidad de los Andes; Ediciones Uniandes, 2017 p., 2021, Misión Internacional de Sabios 2019, 978-958-8290-96-6. hal-05177085

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CIENCIA Y
TECNOLOGÍA:
FUNDAMENTO DE
LA BIOECONOMÍA

Propuestas del Foco de
Biotecnología, Bioeconomía
y Medio Ambiente

Volumen 3

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El futuro
es de todos

Gobierno
de Colombia

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

MISIÓN DE
SABIOS

COLOMBIA - 2019
<figure><img src="image_4.png" /></figure>
CIENCIA Y
TECNOLOGÍA:
FUNDAMENTO DE
LA BIOECONOMÍA

Propuestas del Foco de
Biotecnología, Bioeconomía
y Medio Ambiente

Volumen 3
Primera edición: enero del 2021

© Vicepresidencia de la República de Colombia

© Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación

© Universidad de los Andes

© Alejandro Gaviria Uribe, Esteban Manrique Reol, Federica Di Palma, Germán Poveda, Sandra Baena Garzón, Carmenza Duque Beltrán, Silvia Restrepo Restrepo, María del Pilar Noriega Escobar, Markus Eisenhauer, Guy Henry, Elizabeth Hodson de Jaramillo y Ludger Wessjohann

© Jaime Velásquez, por la traducción del capítulo "Earth Biogenome Project Colombia: una oportunidad para impulsar una bioeconomía sostenible" y del epílogo

ISBN impreso: 978-958-8290-96-6

ISBN digital: 978-958-8290-97-3

Colección Misión Internacional de Sabios 2019

Corrección de estilo: Alejandra Muñoz

Diagramación: María Victoria Mora

Diseño de la colección y cubierta:
Leonardo Fernández Suárez

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

Prohibida la reproducción total o parcial por cualquier medio sin la autorización escrita del titular de los derechos patrimoniales.

Universidad de los Andes | Vigilada Mineducación. Reconocimiento como universidad: Decreto 1297 del 30 de mayo de 1964. Reconocimiento de personería jurídica: Resolución 28 del 23 de febrero de 1949, Minjusticia. Acreditación institucional de alta calidad, 10 años: Resolución 582 del 9 de enero del 2015, Mineducación.

Nombre: Gaviria Uribe, Alejandro, autor. | Manrique Reol, Esteban, autor. | Di Palma, Federica, autora. | Poveda, Germán, autor. | Baena Garzón, Sandra, autora. | Duque Beltrán, Carmenza, autora. | Restrepo Restrepo, Silvia, autora. | Noriega Escobar, Maria del Pilar, autora. | Eisenhauer, Markus, autor. | Henry, Guy, autor. | Hodson de Jaramillo, Elizabeth, autora. | Wessjohann, Ludger, autor. | Velásquez, Jaime, traductor de epílogo.

Título: Ciencia y tecnología: fundamento de la bioeconomía Propuestas del Foco de Biotecnología, Bioeconomía y Medio Ambiente. Volumen 3

Descripción: Bogotá: Universidad de los Andes, Ediciones Uniandes : Vicepresidencia de la República de Colombia : Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, 2021. | 206 páginas: ilustraciones ; 21,5 x 20 cm. | Colombia Hacia una Sociedad del Conocimiento

Identificadores: ISBN 9789588290966 (rústica) | 9789588290973 (electrónico)

Materias: Biotecnología - Colombia | Bioeconomía - Colombia | Desarrollo sostenible - Colombia

Clasificación: CDD 333.7-dc23

SBUA
CIENCIA Y
TECNOLOGÍA:
FUNDAMENTO DE
LA BIOECONOMÍA

Propuestas del Foco de
Biotecnología, Bioeconomía
y Medio Ambiente

Volumen 3
# COMISIONADOS

## Biotecnología, Bioeconomía y Medio Ambiente

Silvia Restrepo, coordinadora
Cristian Samper
Federica di Palma (Reino Unido)
Elizabeth Hodson
Mabel Torres
Esteban Manrique Reol (España)
Michel Eddi (Francia)
Ludger Wessjohann (Alemania)
Germán Poveda

## Ciencias Básicas y del Espacio

Moisés Wasserman Lerner, coordinador
Carmenza Duque Beltrán
Serge Haroche (Francia, premio Nobel)
Ana María Rey Ayala
Antonio Julio Copete Villa

## Ciencias Sociales y Desarrollo Humano con Equidad

Clemente Forero Pineda, coordinador
Ana María Arjona
Sara Victoria Alvarado Salgado
William Maloney (Estados Unidos)
Stanislas Dehaene (Francia)
Johan Schot (Holanda)
Kyoo Sung Noh (Corea del Sur)

## Ciencias de la Vida y la Salud

Juan Manuel Anaya, coordinador
Nubia Muñoz
Isabelle Magnin (Francia)
Rodolfo Llinás
Jorge Reynolds
Alejandro Jadad

## Energía Sostenible

Juan Benavides, coordinador
Angela Wilkinson (Reino Unido)
Eduardo Posada
José Fernando Isaza

## Industrias Creativas y Culturales

Edgar Puentes, coordinador
Ramiro Osorio
Camila Loboguerrero
Lina Paola Rodríguez Fernández
Carlos Jacanamijoy
Alfredo Zolezzi (Chile)
Océanos y Recursos Hidrobiológicos
Andrés Franco, coordinador
Weildler Antonio Guerra
Jorge Reynolds
Juan Armando Sánchez
Sabrina Speich (Francia)

## Tecnologías Convergentes Nano, Info y Cogno Industrias 4.0

María del Pilar Noriega, coordinadora
Jean Paul Allain
Tim Andreas Osswald
Orlando Ayala

## Coordinador de coordinadores

Clemente Forero Pineda
RELATORES, SECRETARÍAS TÉCNICAS
Y EQUIPO DE APOYO

Biotecnología,
Bioeconomía y
Medio Ambiente

Secretaría Técnica -
Universidad de los
Andes, Vicerrectoría de
Investigación
Silvia Restrepo
María Fernanda Mideros
Claudia Carolina Caballero
Laguna
Guy Henry

Relator
Martín Ramírez

Ciencias Básicas
y del Espacio

Secretaría Técnica -
Universidad Nacional de
Colombia
Jairo Alexis Rodríguez López
Hernando Guillermo
Gaitán Duarte
Liliana Pulido Báez

Relator
Diego Alejandro Torres
Galindo

Ciencias Sociales y
Desarrollo Humano
con Equidad

Secretaría Técnica -
Universidad del Rosario,
Escuela de Ciencias
Humanas
Stéphanie Lavaux
Carlos Gustavo Patarroyo
María Martínez

Relatores
Juliana Valdés Pereira
Edgar Sánchez Cuevas
Paula Juliana Guevara
Posada

Ciencias de la
Vida y la Salud

Secretaría Técnica -
Universidad de Antioquia
Pablo Patiño
Relatores
Sara Valencia
Gabriela Puentes

Energía Sostenible

Secretaría Técnica -
Universidad Industrial de
Santander

Relator
Dionisio Laverde

Profesional de apoyo
Dooglas Ochoa

Industrias Creativas
y Culturales

Secretaría Técnica -
Pontificia Universidad
Javeriana, Vicerrectoría de
Investigación
Oscar Hernández Salgar
María Catalina Rodríguez
Luisa Fernanda Zorrilla
Relator

Eliécer Arenas Monsalve

Océanos y Recursos
Hidrobiológicos

Secretaría Técnica -
Universidad del Valle y
Universidad Jorge Tadeo
Lozano
Jaime Ricardo Cantera

Relatores
Francisco de Paula
Gutiérrez
Enrique Peña
Carlos Edwin Gómez
César Augusto Ruiz

Tecnologías
Convergentes
Nano, Info y Cogno
Industrias 4.0

Secretaría Técnica -
Universidad EAFIT y
Universidad del Norte
Mauricio Perfetti
Javier Páez Saavedra

Relatores
Mónica Lucía Álvarez
Lainez
Elías David Niño

Secretaría Técnica
de la Misión

Cristina Garmendia y
Science & Innovation Link
Office (SILO)
P13

Prólogo

Alejandro Gaviria Uribe

P21

uno

Biodiversidad, fundamento de la bioeconomía

Esteban Manrique Reol

Biodiversidad p23

¿Por qué es importante conocer la biodiversidad? p24

Patrimonio natural p25

Taxonomía p26

Colecciones científicas
y digitalización p29

Bancos de germoplasma p32

Soluciones basadas en la naturaleza p34

Bioeconomía p35

P39

dos

Earth Biogenome Project Colombia:
una oportunidad para impulsar una
bioeconomía sostenible

Federica di Palma

Introducción p41

El Earth Biogenome Project p43

Oportunidades para Colombia como país megadiverso p45

Una economía basada en la biodiversidad:
el proyecto piloto EBP Colombia p46
P53

tres

Garantizar la integridad de los ecosistemas de
Colombia: condición básica para preservar la
biodiversidad y desarrollar la bioeconomía

Germán Poveda

Introducción p55

Impactos de la deforestación y del agotamiento de los
sistemas de soporte a la vida en Colombia p56

Deforestación y fuegos en Colombia: forzantes
socioeconómicos y culturales p56

Dinámica espacio-temporal de la deforestación en Colombia p58

¿Cómo detener la deforestación? p79

Agradecimientos p87

P99

cuatro

Diversidad microbiana: desafíos y retos
para la bioeconomía en Colombia

Sandra Baena Garzón

P109

cinco

Aportes al desarrollo económico de Colombia:
biodiversidad marina, nuestro tesoro azul

Carmenza Duque Beltrán

Contexto y enfoque p111

Tesoro azul de Colombia p114

Bioproductos con mayor proyección como
soportes en bioeconomía en el país p118

Conclusiones p124
P129

seis

**Biotecnología y agricultura**

Silvia Restrepo Restrepo

Biotecnología para la agricultura p133

Edición de genomas p134

Clustered regularly interspaced short
palindromic repeats (CRISPR) p135

Conclusiones p138

P143

siete

**Química verde y la convergencia tecnológica**

María del Pilar Noriega Escobar

Desarrollo de recurso humano y su retención p148

Transformación del sistema educativo p148

La ética en la era digital (política pública) p149

Alianzas públicas, privadas e internacionalización p150

Atracción de inversión p150

Mecanismos para garantizar el acceso al mercado p151

Equilibrio entre la academia y sistema nacional p151

Innovación en políticas públicas:

modernización y referenciación p152

P155

ocho

**El modelo Fraunhofer y la investigación aplicada**

Markus Eisenhauer y María del Pilar Noriega Escobar
P165

nueve

**Bioeconomía, modelo para un desarrollo territorial sostenible e inclusivo**

Guy Henry y Elizabeth Hodson de Jaramillo

Introducción p167

Estado del arte de la bioeconomía en Colombia p169

La visión de una bioeconomía para Colombia p174

Construcción de hoja de ruta (senderos) para la transición hacia una bioeconomía en Colombia p176

Condiciones requeridas para promover la bioeconomía en Colombia p184

Etapas a seguir y recomendaciones p186

P193

Epílogo

**Reflexiones sobre ciencia en tiempos de pandemia**

Ludger Wessjohann

P200

**Los autores**

En el medio
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# Prólogo

Alejandro Gaviria Uribe

Rector de la Universidad de los Andes
<figure><img src="image_7.png" /></figure>
Este es un libro sobre la posibilidad de un futuro mejor, más incluyente, más sostenible y más respetuoso de nuestra biodiversidad y nuestra diversidad cultural. Puede leerse como una propuesta colectiva, una respuesta (parcial, como todas) a los tres grandes problemas de Colombia en estos tiempos difíciles, en esta coyuntura determinante, en el inicio tumultuoso de la tercera década del siglo XXI.

El primer problema (el orden no importa, todos están relacionados) tiene que ver con la economía, con la necesaria transformación productiva. Colombia tiene que cambiar su oferta exportadora. No puede seguir dependiendo del petróleo, el carbón y la minería a gran escala. Los países, dice el economista Ricardo Hausmann, primero exportan lo que son, pero, con el tiempo, poco a poco, se van convirtiendo en lo que exportan. Una economía centrada en la exportación de hidrocarburos no solo no tiene futuro, sino que hará muy difícil la generación de equidad y la protección del medio ambiente.

Hace apenas una década, el principal desafío económico de Colombia parecía ser el manejo de una bonanza externa, asociada a los altos precios del carbón y del petróleo. La reforma al sistema de regalías concitó, entonces, la atención del país: nuestros principales dilemas eran distributivos, cómo gastar bien y cómo hacerlo justamente. Esa realidad ilusoria quedó
ya atrás. Los problemas actuales son diferentes, a saber, cómo insertarnos en la economía global de manera incluyente y sostenible. La economía exportadora de hidrocarburos hace parte del pasado. Para bien, cabría anotar.

El segundo problema tiene que ver con la generación de empleo, la disminución de la pobreza y la adecuada inserción de buena parte de la periferia del país a la economía global. Para muchas regiones de Colombia, las economías ilegales (los cultivos de uso ilícito, la producción y exportación de cocaína, la minería ilegal y el tráfico con fauna silvestre, entre otras) siguen siendo la única forma de inserción en la economía global. En el centro del país, por otro lado, el COVID-19 ha destruido cientos de miles de empleos en los sectores mayoritarios de comercios y servicios. La pobreza ha aumentado. La desigualdad ha crecido también después de una década de progreso. Las clases medias han visto aplazadas sus aspiraciones de un mejor futuro. En fin, los problemas sociales han vuelto a estar en el centro del debate. Son prioritarios e ineludibles.

El tercer problema tiene que ver con la sostenibilidad, con el deterioro del mundo natural, la destrucción de muchos ecosistemas, la deforestación, la contaminación de los ríos, la ampliación desordenada de la frontera agrícola y la necesidad de una adaptación rápida a la crisis climática. Estos problemas superpuestos implican, como bien lo señala uno de los capítulos del libro, una obligación ética con las generaciones del futuro. Implican también una responsabilidad global. Proteger el medio ambiente es, en un país macrodiverso como Colombia, nuestro principal aporte a la humanidad, nuestra mayor contribución a los problemas existenciales del presente.

Los tres problemas mencionados (la transformación productiva, la recuperación social y la protección del medio ambiente) están relacionados. Los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) plantean los mismos problemas, resumen nuestros retos en tres dimensiones distintas: la económica, la social y la ambiental. Las complementariedades (y las contradicciones) entre estas tres dimensiones deben hacer parte de cualquier discusión sobre nuestro futuro, sobre una recuperación incluyente y sostenible.

Este libro es, ante todo, una propuesta al respecto, una propuesta sobre de qué manera conciliar los objetivos económicos, sociales y
medioambientales, una propuesta de transformación productiva, desarrollo social y sostenibilidad, una propuesta sobre un área promisoria que debería ser, en mi opinión, una especie de obsesión nacional: la bioeconomía.

La bioeconomía es la producción, utilización y conservación de los recursos biológicos. Busca el suministro sostenible de bienes y servicios a todos los sectores económicos. Involucra grandes encadenamientos productivos hacia adelante y hacia atrás. Es intensiva en conocimiento. Necesita, por lo tanto, una cooperación entre el sector privado y la academia. Puede, al mismo tiempo, sustentar un desarrollo equitativo, inclusivo y sostenible.

No es, por supuesto, una solución mágica. Nada lo es. Pero tiene la ventaja de estar alineada con lo que somos, con nuestra biodiversidad, la diversidad cultural, las realidades particulares de cada territorio y nuestras crecientes capacidades de investigación en biotecnología. Colombia necesita construir dos o tres grandes historias exportadoras, historias que nos conecten con el mundo, que creen una dinámica de refuerzo mutuo entre el capital humano y el desarrollo territorial. La bioeconomía, no tengo dudas, puede ser una de esas historias.

Muchas de las discusiones acerca de la sostenibilidad, y las dos crisis, la climática y la pérdida de biodiversidad, terminan en una especie de encrucijada disciplinar. Los científicos naturales señalan, con razón, la gravedad de los problemas, las posibles irreversibilidades, los complejos fenómenos de retroalimentación y, por lo tanto, la urgencia de la acción. Los científicos sociales señalan, por otro lado, la complejidad de los problemas de acción colectiva a escala global, la insuficiencia de las instituciones multilaterales, el limitado horizonte de decisión de políticos y empresarios, la pasividad global en medio de un problema acuciante y la necesidad de normas sociales distintas y un modelo de producción diferente. La mayoría de los ciudadanos entiende el problema, no lo niega, comprende la urgencia, pero actúa como si lo estuviera negando.

En medio de estas dos visiones, alarmantes sin duda, los enfoques más importantes, los imprescindibles, para usar una expresión reiterada, son los que proponen salidas y soluciones. Incompletas, inacabadas quizás, pero soluciones, al fin y al cabo. Este libro hace eso, trasciende el catastrofismo meticuloso y la resignación ilustrada y se atreve a proponer alternativas
para un futuro sostenible. Argumenta, de forma cuidadosa, exhaustiva, por qué la bioeconomía (entendida de manera amplia) es una alternativa, una posible solución.

***

En el 2007, hace ya más de una década, tuve la oportunidad de acompañar al biólogo (y uno de los campeones mundiales de la biodiversidad) Edward O. Wilson en un viaje a Mariquita (Tolima). Había venido a inaugurar la cátedra Colombia Biodiversa, una iniciativa conjunta de la Fundación Alejandro Ángel Escobar y de un grupo de ambientalistas colombianos encabezados por Christian Samper y Manuel Rodríguez.

Wilson fue a Mariquita en una peregrinación personal. Quería seguirle los pasos a José Celestino Mutis, “el primer naturalista del hemisferio occidental”, y mirar con sus ojos lo que Mutis había visto con los suyos hace más de doscientos años. Estaba escribiendo un libro sobre el sabio y deseaba conocer de primera mano la geografía de su nueva obsesión, la tierra de la Expedición Botánica.

Su peregrinación lo llevó al antiguo centro de operaciones de la Expedición Botánica en Mariquita. Allí recorrió los amplios salones y el patio exuberante de la casa, estropeado por una piscina moderna, improvisada probablemente por un alcalde contratista. Agradeció con amabilidad las explicaciones de los guías locales. Dio una vuelta rápida por el patio y abandonó el lugar. Su prioridad era entrar en contacto con la naturaleza, caminar por el bosque seco tropical y visitar los alrededores del pueblo. Buscó infructuosamente una hormiga descrita por Mutis, la legionaria de cabeza grande.

Su conferencia principal en Bogotá atrajo a miles de estudiantes entusiastas que lo rodearon, una vez terminada su intervención, en busca de una foto, un autógrafo o un consejo improvisado. Allí repitió una frase que ha hecho carrera desde entonces, “Colombia es la Arabia Saudita de la biodiversidad”.

La comparación es tal vez imprecisa. Podría interpretarse como un llamado a la explotación. El petróleo, además, produce un tipo de desarrollo
peculiar, desigual y divisivo; induce, incluso, cierta voracidad, una disputa
organizada por los recursos que genera. Sin embargo, la comparación pone
énfasis en un asunto crucial: la biodiversidad puede tener un valor eco-
nómico, puede ser la clave en nuestra inserción ordenada en la economía
global y nuestro desarrollo social.

Este volumen colectivo, en el que participan muchos de los más
importantes científicos colombianos en el área, le da contenido a esa
comparación, muestra que la bioeconomía es una alternativa viable, no
solo para garantizar el crecimiento económico, sino también el progreso
social y la conservación. Este libro sugiere, en últimas, una agenda espe-
ranzadora para el futuro de Colombia. Ni mucho más, ni mucho menos.
<figure><img src="image_8.png" /></figure>
Biodiversidad,
fundamento
de la
bioeconomía

Esteban Manrique Reol
<figure><img src="image_9.png" /></figure>
En este capítulo se aborda la definición de biodiversidad, cómo se llega a conocer su composición, la importancia de tener toda la información relativa a ella y su relación con la bioeconomía y el desarrollo sostenible, teniendo en cuenta que el conocimiento de la biodiversidad es la base para poder tener el más amplio espectro de las potencialidades económicas que nos pudiera brindar. Sin conocimiento no hay crecimiento social ni económico.

## Biodiversidad

Aunque el término *biodiversidad* se puede definir como la diversidad de especies vegetales y animales que viven en un espacio determinado, en realidad y de acuerdo con el Convenio sobre Diversidad Biológica (CBD) de 1992 (Swingland, 2001), el concepto es más complejo y encierra mucho más: la biodiversidad es la cantidad, la variedad y la variabilidad de organismos vivos de cualquier fuente, incluidos, entre otros, los ecosistemas terrestres y marinos y otros sistemas acuáticos y los complejos ecológicos de los que forman parte; comprende tanto la diversidad intraespecífica, entre individuos de la misma especie, como interespecífica, entre diferentes especies, de los ecosistemas e incluso de los paisajes. La biodiversidad abarca, por
tanto, la enorme variedad de formas mediante las que se organiza la vida en la tierra. Incluye todas y cada una de las especies que cohabitan con nosotros en el planeta, sean animales, plantas, hongos, virus, protozoos o arqueas y bacterias, los propios ecosistemas y los genes que hacen que cada individuo sea diferente del resto dentro de su especie.

## ¿Por qué es importante conocer la biodiversidad?

Desde siempre, la biodiversidad, y sobre todo las plantas, ha suministrado al ser humano el alimento. Además, ha servido como remedio para curar dolencias y enfermedades y ha suministrado las materias primas para hacernos la vida más confortable. Incluso hoy día es el elemento fundamental en el suministro de energía renovable (biofuel). Conocer las diferentes especies y relacionarlas con sus características útiles nos ha proporcionado progreso económico y social en muchos niveles. Pero para usarla es necesario primero describirla y estudiarla, reunirla en colecciones para que sirvan de referencia, conservando los datos de su procedencia y las características del medio donde habita.

Pero la biodiversidad no se limita, como ya se ha dicho, a los organismos vivos, sino que también lo son los diferentes ecosistemas en los que viven. El conjunto de las especies que viven en un ecosistema hace de este un lugar único e irrepetible, en el que se desarrollan procesos biológicos y ecológicos imprescindibles para el mantenimiento de la vida en la tierra. Estos procesos regulan los ciclos de la materia y el flujo de energía. Además, nos proveen del aire limpio renovando el oxígeno a través de la fotosíntesis y permiten la infiltración del agua hacia capas más profundas purificándola. Estos procesos constituyen bienes y servicios (alimentos, medicamentos, materias primas/recursos y energía, producción de oxígeno, infiltración y purificación de agua, polinización, control de la erosión y los desastres naturales, entre otros) que aseguran la supervivencia de los
humanos, y que bien estudiados pueden ser extraídos de la naturaleza y
llevados a la industria para que, en un proceso sostenible, sean utilizados
de forma controlada en el desarrollo social y económico.

La biodiversidad se extiende también a los genes de los organismos y a sus productos. Los genes tienen información básica y fundamental para dirigir procesos biológicos aprovechables como la síntesis de proteínas específicas y otros productos fundamentales para la industria farmacéutica y alimentaria, entre otras, a través de la biotecnología. Conocer y distinguir qué especies tienen estas propiedades es vital para el desarrollo de una industria biotecnológica basada en moléculas y procesos biológicos que aunque serán el soporte de las soluciones a problemas de la humanidad también pueden convertirse en una acción negativa pues su aplicación no está exenta de riesgos. Es importante que los estados legislen sobre esta materia para encauzar la actividad biotecnológica (CNDH, 2019) en un desarrollo sostenible y respetuoso con la biodiversidad y el medio ambiente.

Patrimonio natural

El rico patrimonio natural de Colombia, con su gran biodiversidad, es el
bien más preciado que debe conocer y conservar. Este patrimonio incluye
el conjunto de bienes, recursos y servicios de la naturaleza, fuente de
diversidad biológica y geológica, con enorme valor medioambiental, paí-
sajístico, científico y cultural, y por supuesto económico. Si pudiéramos
ponerle valor monetario a todos los servicios que la naturaleza nos ofrece,
este representaría la mayor proporción del producto interno bruto (PIB) del
país. Éstos, junto con la producción industrial, el turismo o la producción
agrícola, entre otros, constituyen el verdadero producto interno bruto de
Colombia y de cualquier otro país. Cómo poner valor a los servicios, ese es
un tema que, aunque complejo, habría que resolver de manera urgente y para
ello lo primero es conocer cada uno de estos bienes y servicios a partir
de identificar las especies o el conjunto de especies que nos los ofrecen y
cuantificar su valor.
<figure><img src="image_10.png" /></figure>

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Fotografías 1 y 2. Biodiversidad colombiana. Izquierda: bosques pluviales del corredor del Pacífico de Colombia. Derecha: cañones áridos interandinos del Chicamocha. Colombia</figcaption></figure>

Fuente: José Luis Fernández Alonso, (Real Jardín Botánico - Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Madrid, España)

## Taxonomía

Para poder tomar cualquier decisión relativa a la conservación y uso de la biodiversidad se hace necesario descubrirla, conocerla y describirla de forma sistemática. Para ello lo primero es poder diferenciar cada organismo entre el resto y buscarle su lugar entre los otros seres vivos, dándole un nombre identificativo que además contenga información desde un punto de vista científico, claro e inconfundible, y que nos permita llegar hasta él sin dificultad en caso necesario. Para el estudio de la gran amplitud de
formas de vida que constituyen la biodiversidad, actual y pasada, se usa un proceso clasificatorio que se denomina taxonomía. Del griego taxis (ταξις): ordenamiento, y nomos: norma, regla, es la ciencia que pone normas para el ordenamiento de los seres vivos. Para llevar a cabo su función la taxonomía utiliza caracteres naturales de los organismos que reúne a los que se asemejan entre sí y los diferencia de otros. De acuerdo con este principio de semejanza se incluyen en lo que se denominan diferentes niveles taxonómicos o taxones, entre los que el nivel de especie es el más básico o de referencia. Consideramos la especie como la unidad básica de la clasificación biológica, y de forma muy general y simple lo podemos definir como el conjunto de organismos semejantes entre sí por tener una o varias características comunes. Pero el concepto de especie se encuentra siempre en revisión a medida que se van adoptando los nuevos hallazgos científicos. En la actualidad el método más usado para la diferenciación entre especies es el de la comparación de fragmentos de ADN y basado en la semejanza entre ellos.

La taxonomía es pues la ciencia que ha permitido sintetizar la biodiversidad presente y pasada de tal manera que cada organismo se agrupa o pertenece a una especie, solo a una, y que a su vez éstas se ordenan en taxones de nivel superior también excluyentes (género, familia, orden, clase, reino). La clasificación de los organismos vivos tiene, además, claras ventajas desde varios puntos de vista. Los taxones, una vez definidos, permiten hacer identificaciones exactas de organismos encontrados en cualquier lugar si éstos han sido descritos previamente. Si no es así, permitirá describirlos como especies nuevas y pasar a las bases de datos y colecciones para ser reconocidos a partir de ese momento. El sistema por tanto se revela como fundamental y necesario para todos los científicos, pero además útil para otros usuarios que trabajan con biodiversidad. La correcta definición de los taxones a nivel de especie, ligado a las características del ambiente en los que viven y a su distribución, permite además realizar predicciones sobre especies animales y vegetales que hay o que existieron en distintos territorios y de aquí deducir el tipo de ambientes pasados, cuándo se originaron esas especies, facilitar la restauración y su recuperación en lugares donde la biodiversidad original se ha perdido por
las actividades humanas o catástrofes naturales. Asimismo, por ejemplo,
cuando se encuentra un compuesto de interés farmacéutico o medicinal
en un ser vivo es habitual que haya interés en investigar si ese compuesto
se encuentra también en otras especies relacionadas y su distribución; la
taxonomía le permite al investigador delimitar su investigación y ahorrar
esfuerzos de muestreo.

<figure><img src="image_12.png" /></figure>

Fotografías 3 y 4. Biodiversidad de Colombia. Izquierda: ejemplar de *Matisia racemifera* Fern. Alonso, Malvaceae, Quibdó-Chocó. Derecha: ejemplar de *Browningia hernandezii*, una especie nueva de Cactaceae, Chicamocha, Boyacá
Fuente: José Luis Fernández Alonso (Real Jardín Botánico - Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Madrid, España).
Colecciones científicas
y digitalización

La descripción de los seres vivos es, por tanto, un elemento fundamental para poder gestionar la biodiversidad en todas sus dimensiones. Pero esta descripción puede perderse con el tiempo o sufrir fallos de interpretación. Para enfrentar este problema surgen las colecciones de animales y plantas en los museos de ciencias o historia natural, en los jardines botánicos, las universidades y otras instituciones con intereses en la investigación, descripción y conservación de la biodiversidad. Las colecciones científicas son ahora el referente de la biodiversidad, tanto presente como pasada; son repositorios sistematizados (bien identificados, clasificados y ordenados) de objetos de historia natural (plantas, animales, hongos y microorganismos) o partes de ellos. En muchos casos, las colecciones más antiguas se remontan hasta tres siglos atrás y conservan los ejemplares tipo, esto es, el ejemplar que sirvió para describir a la especie y que asegura la identificación inequívoca de todos los iguales. Además, junto a los especímenes se conservan ligados a ellos los datos con toda la información relativa a cada uno de ellos (nombre científico, lugar de recolección, recolector, fecha de recolección, ecosistema, etc.).

Entonces, colecciones de especímenes y bases de datos son fundamentales pues abren la posibilidad de hacer investigación sobre biodiversidad de muy diferentes formas y niveles de aproximación (distribución espacial, evolución, movimientos e invasiones en el tiempo, etc.). El espécimen en sí mismo y sobre todo el ejemplar tipo y sus datos asociados nos van a permitir realizar estudios de distribución y de presencia-ausencia; conocer si la especie estaba presente antes, si se trata de una introducción o desaparición. Las colecciones son el referente perpetuo para los científicos actuales y futuros, fuente muy valiosa de material genético y una herramienta muy potente de divulgación científica. De ahí su importancia para definir y perfeccionar estrategias para la gestión de la biodiversidad y su conservación.
Desde la segunda mitad del siglo xx ha ido creciendo el reconoci-
miento del valor que representan los recursos biológicos para el desarrollo
social y económico de la humanidad. Pero, a la vez, ha ido aumentando la
amenaza a especies y ecosistemas hasta niveles nunca antes conocidos,
lo que ha movilizado a gobiernos, científicos y ciudadanos, creándose un
cuerpo jurídico internacional, con ánimo de paliar el peligro que representa
la desaparición de especies y ecosistemas para la vida y la economía en el
planeta. Amenaza que precisamente viene desde el propio ser humano,
de su forma de desarrollo sin importar la sostenibilidad de los recursos a
largo plazo, contaminando las aguas, los suelos y la atmósfera y causando
el cambio climático. Modelos de desarrollo insostenibles que han de ser
revisados y modificados para encontrar el equilibrio con la naturaleza.
Ninguna especie en la naturaleza está a merced de otra, todas cooperan
para propiciar un desarrollo armónico y equilibrado.

El hito más relevante de las dos últimas décadas relacionado con la
biodiversidad, la Convención sobre Diversidad Biológica (1992)<fnref n="1" />, promo-
vió medidas para conducir a la humanidad hacia un futuro sostenible,
considerando por primera vez la importancia de la diversidad biológica
en todos los niveles: ecosistemas, especies y recursos genéticos. Poco a
poco, otros acuerdos internacionales se han ido sumando a la conser-
vación de la biodiversidad. En los jardines botánicos y en los museos de
historia natural, a los que se reserva un importante papel más allá de su
mera función de museos, destacando la investigación, la conservación ex
situ y la concienciación y formación que se realiza en estos y en los que
las colecciones representan un recurso vital como apoyo a la ciencia, la
conservación, la horticultura y la educación.

A principios del siglo xxi, y dada la enorme cantidad de datos alma-
cenada en torno a las colecciones científicas, se ponía en marcha una
iniciativa global sobre información en biodiversidad, la Global Biodiversity
Information Facility (GBIF), con el fin de llevar a cabo el registro de todos
los seres vivos (OECD, 1999). La GBIF es ahora la mayor red de datos abiertos
en biodiversidad, en la que participan 58 países, incluido Colombia. Esta

<footnote n="1">1 Puede consultarse en www.cbd.int</footnote>
red existe porque detrás de ella están los jardines botánicos, los museos de ciencias naturales, las universidades y otros centros de investigación que han conservado, no solo sus colecciones, sino toda la información (metadatos) de la que se nutre la GBIF. Gracias a la GBIF, los científicos, la industria y los gestores de la biodiversidad pueden acceder a datos que de

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Fotografías 5 y 6. Izquierda: pliego de herbario de *Salvia cocuyana*, especie nueva, Herbario Nacional Colombiano-col. Derecha: estudiantes y profesores en trabajo de campo de prospección, en el corredor Pacífico de Colombia
Fuente: José Luis Fernández Alonso (Real Jardín Botánico - Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Madrid, España)</figcaption></figure>
otra manera serían inaccesibles o difíciles de conseguir, para proponer
planes o actuaciones de conservación o gestión y programas de investiga-
ción para el desarrollo tecnológico. Gracias a la colaboración entre estas
instituciones que mantienen las colecciones y las bases de datos, la GBIF
pone actualmente a disposición de las personas interesadas los nombres
y la información de 1.339 millones de registros, correspondientes a 4,4
millones de especies (contabilizando sinonimias). De estos datos han
surgido en los últimos diez años un total de 3.500 publicaciones científicas,
de las que tan solo en el 2018, 29 corresponden a Colombia, que ocupa
el puesto 12 en producción científica en biodiversidad de un total de 98
países, y el tercero de América Latina, solo detrás de Brasil y México, lo
que da una idea de la capacidad investigadora colombiana<fnref n="2" />.

Bancos de germoplasma

El genoma es la base de la variabilidad de las especies y los bancos de
germoplasma son los sitios de conservación de material biológico por ex-
celencia, cuyo objetivo es la conservación de la biodiversidad y la diversidad
genética para que no se pierda por la presión de factores ambientales, físicos
y biológicos, y las actividades humanas. El establecimiento de un banco de
germoplasma debe ser una prioridad de todos los países preocupados por su
patrimonio genético, a menudo único, con el fin de la conservación de las
semillas para la conservación de la biodiversidad y la diversidad genética
de las plantas cultivables, las especies silvestres, autóctonas y alóctonas, o
que estén en peligro de extinción. Precisamente, mantener y promocionar
la diversidad genética de los cultivos, vegetales y animales, es una barrera
fundamental para contener infecciones y plagas, incluso zoonosis.

<footnote n="2">2 Puede consultarse en www.GBIF.org</footnote>
<figure><img src="image_14.png" /></figure>

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Fotografías 7 y 8. Colecciones vivas del Jardín Botánico de Bogotá José Celestino Mutis. Arriba: colección de palmeras. Abajo: colección de rosas</figcaption></figure>

Fuente: Esteban Manrique (2019, RJB-CSIC)
Soluciones basadas en la naturaleza

De lo anterior queda claro que los organismos vivos constan de genes que
los hacen diferentes entre sí dentro de una misma especie y entre especies.
Que estos viven en la naturaleza en poblaciones y estas en comunidades
que comparten un mismo espacio, el ecosistema, en el que se relacionan
entre sí y con el medio. En éstos, la materia se recicla y la energía fluye. La
naturaleza está pues constituida por ecosistemas diferentes en equilibrio
con su entorno y de acuerdo con sus componentes llevan a cabo funciones
causantes de dicho equilibrio.

De acuerdo con Cohen-Shacham et al. (2016), las soluciones basadas en la naturaleza se refieren a la gestión sostenible y el uso de la naturaleza para abordar los desafíos sociales como el cambio climático, la seguridad del agua y los alimentos, la provisión de salud pública y la gestión del riesgo de desastres. A partir de las estrategias tradicionales de conservación y gestión de la biodiversidad, y de complementarlas, este concepto integra de manera inherente factores sociales como el bienestar humano y la reducción de la pobreza, el desarrollo socioeconómico y los modos de gobernanza eficientes.

Las soluciones basadas en la naturaleza pueden tener diferentes enfo-
ques: (1) restauración de ecosistemas (restauración ecológica, ingeniería
ecológica y restauración del paisaje forestal); (2) reducción de desastres
naturales específicos relacionados con el ecosistema; (3) creación de
infraestructuras verdes con diferentes funciones; (4) gestión de espacios
naturales o seminaturales basada en ecosistemas (manejo integral de
zonas costeras y recursos hídricos); y (5) conservación integral de áreas
protegidas. En este sentido, se hace necesaria una agenda de investigación
científica que permita avanzar en el conocimiento de la biodiversidad y
los servicios de los ecosistemas, para desarrollar la comunidad de investi-
gación en esta área y para fomentar el vínculo con las partes interesadas,
academia, administración y tomadores de decisiones y empresas. Cada vez
se hace más necesario innovar con la naturaleza.
Bioeconomía

Aunque otros capítulos van a tratar este tema más adelante con mucha
mayor profundidad, baste aquí decir a modo de introducción en qué consiste
y de qué elementos y procesos se nutre la bioeconomía. De acuerdo con la
Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura
(FAO), la bioeconomía es la producción, utilización y conservación de los
recursos biológicos, incluidos los conocimientos relacionados, la ciencia,
la tecnología y la innovación, para proporcionarle información, produc-
tos, procesos y servicios a todos los sectores económicos, con el objetivo
de avanzar hacia una economía sostenible (FAO, 2018). Para Henry et al.
(2017) la bioeconomía representa además un modelo socioeconómico
que no solo reduce la dependencia de los recursos fósiles no renovables,
sino que también promueve la producción y uso del conocimiento sobre
los recursos naturales, los procesos que operan en el medio natural y los
principios biológicos útiles, todo ello renovable, para el suministro soste-
nible de bienes y servicios en todos los sectores económicos (bioenergía,
agricultura y bioinsumos, alimentos, fibras, productos sanitarios, productos
industriales y bioplásticos). Del mismo modo, estos autores reconocen el
papel principal que desempeña el conocimiento científico y tecnológico
y la capacidad de este nuevo modelo de desarrollo económico y social en
la reducción de residuos en los procesos de producción, tema no menor
y de alto valor añadido.

De acuerdo con la FAO, la bioeconomía está impulsada por tres grandes fuerzas: (1) la convicción de la sociedad de la necesidad de un desarrollo sostenible que repercuta en mejorar nuestra salud y la salud del planeta; (2) la necesidad de valorar y proteger los recursos biológicos (biodiversidad), incluidos los residuos, en sectores fundamentales como la producción agrícola, silvícola y pesca, la gestión del agua y de los alimentos y la bioenergía; (3) los importantes avances científicos en el campo de las tecnologías biológica y digital expandiendo las fronteras de la innovación.

La bioeconomía sostenible parece pues el nuevo paradigma del de-
sarrollo sostenible y amigable con el medio ambiente y la salud de los
ecosistemas y su biodiversidad, entre la que se encuentra el ser humano. El tiempo y el esfuerzo que empleen los gobiernos para apoyarla en toda su dimensión será la clave que defina el éxito o el fracaso de este nuevo sistema de desarrollo social y económico.

Referencias

Cohen-Shacham, E., Walters, G., Janzen, C. y Maginnis, S. (eds.) (2016). Nature-based Solutions to address global societal challenges. Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN). DOI: http://dx.doi.org/10.2305/IUCN.CH.2016.13.en

Comisión Nacional de los Derechos Humanos (CNDH). (2019). Sobre la biodiversidad y la biotecnología y su vínculo con el pleno goce de los derechos humanos. https://www.cndh.org.mx/sites/default/files/documentos/2019-11/Estudio-Biodiversidad.pdf

Global Biodiversity Information Facility (GBIF). (2001). What is GBIF. https://www.gbif.org/what-is-gbif

Henry, G., Hodson, E., Aramendis, R., Trigo, E. y Rankin, S. (2017). Bioeconomy: An engine for integral development of Colombia. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT). https://ciat.cgiar.org/publications/publication-details/?handle1=10568&handle2=92082

Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). (2018). Global Bioeconomy Summit. Directrices para una bioeconomía sostenible. http://www.fao.org/energy/bioeconomy/es/

Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OECD). (1999). Report of the Working Group on Biological Informatics. http://www.oecd.org/science/inno/2105199.pdf

Swingland, I. R. (2001). Definition of biodiversity. En S. Levin (ed.), *Encyclopedia of Biodiversity*, vol. 1 (pp. 377-391).
<figure><img src="image_16.png" /></figure>
it
Earth
Biogenome
Project
Colombia:

una oportunidad
para impulsar
una bioeconomía
sostenible

Federica di Palma

Traducción de Jaime Velásquez
<figure><img src="image_17.png" /></figure>
Introducción

En este capítulo se propone una alianza estratégica entre la iniciativa global Earth Biogenome Project (EBP) (Proyecto Biogenoma de la Tierra) y Colombia para mejorar el desarrollo del conocimiento científico y de la capacidad tecnológica como un medio para impulsar una economía sostenible basada en la biodiversidad.

El conflicto, la pobreza, la desigualdad, la baja productividad agrícola y el escaso acceso a los mercados son los principales retos a los que se enfrentan Colombia y otros países en desarrollo ricos en recursos, localizados en el Sur Global. En un país megadiverso como Colombia, las actividades bioeconómicas son fundamentales para el desarrollo equitativo, inclusivo y sostenible. El desarrollo de una bioeconomía sostenible es una de las principales opciones para el crecimiento económico sostenible, el aumento del sustento y un mejor bienestar social en estos países. Hasta la fecha, más de 50 países han elaborado estrategias de bioeconomía y políticas afines, cumpliendo los principios de la economía circular, los Objetivos del Desarrollo Sostenible, el crecimiento verde y la resiliencia ante el cambio climático. Sin embargo, Colombia apenas está empezando a desarrollar e implementar esas estrategias para entender cómo aprovechar su biodiversidad única e inestimable y así establecer y apoyar una bioeconomía global emergente. Las inversiones en proyectos ecológicos (bioenergía, agricultura, nano y bioinsumos, alimentos, fibras, productos para la salud, bioproductos y bioplásticos industriales, así como en proyectos de ecoturismo) conducen finalmente a la innovación en todo el sistema. No obstante, esta transición necesita ser respaldada por un sólido proyecto
piloto de bioeconomía capaz de demostrar su amplia aplicación potencial para impulsar el crecimiento económico de Colombia.

En el 2016, el Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación de Colombia (Colciencias) creó el programa Colombia BIO con el objetivo principal de desarrollar una bioeconomía colombiana sostenible que contribuiría al menos el 2% del producto interno bruto (PIB) para el 2025. Un objetivo clave de Colombia BIO es promover la conservación de los recursos mientras se fomentan estrategias para el uso sostenible de los valiosos recursos de la biodiversidad de Colombia en los bioproductos. La nueva administración colombiana bajo la dirección de Iván Duque (2018-2022) tiene gran interés en promover el “espíritu emprendedor” como el motor económico del país para los próximos cuatro años, facilitando la innovación impulsada por la investigación y el crecimiento económico motivado por el conocimiento, como se describe en el Plan Nacional de Desarrollo 2018-2022. Pacto por Colombia, pacto por la equidad. Más recientemente, la Misión de Sabios ha presentado un informe en el que se promueve un enfoque multisectorial de la bioeconomía, haciendo énfasis en la educación y la formación de habilidades para promover el crecimiento y el desarrollo, el despliegue de la innovación, la tecnología y la investigación de vanguardia, y la inversión en las regiones para hacer avanzar la economía circular.

Colombia es un país megadiverso con instituciones públicas y privadas de excelencia en la investigación y capacidades cada vez mayores. En los últimos años, Colombia se ha embarcado en un proceso de restauración de la paz que le está permitiendo al país dar prioridad a la ampliación de sus capacidades científicas para desarrollar una economía basada en el conocimiento y la innovación en torno a la biodiversidad (Misión de Sabios, 2020). Para seguir consolidando y ampliando estos esfuerzos, es importante que el país participe en asociaciones globales estratégicas y equitativas.
El Earth Biogenome Project

El Earth Biogenome Project (EBP) (Proyecto del Biogenoma de la Tierra) es una iniciativa global que tiene por objetivo secuenciar, catalogar y caracterizar los genomas de toda la biodiversidad eucariota de la Tierra en un periodo de diez años (Lewin et al., 2018). La biodiversidad eucariota incluye plantas, animales, hongos y muchos otros organismos. La importancia del EBP radica, por lo tanto, en su capacidad para promover el conocimiento detallado y fundamental de esta amplia variedad de organismos vivos e impulsar soluciones para preservar la biodiversidad y, en última instancia, sostener las sociedades humanas. La iniciativa EBP es posible gracias al uso de la tecnología de última generación para la secuenciación del genoma con el propósito principal de entender mejor, conservar y gestionar la biodiversidad para la prosperidad económica y el bienestar social.

La iniciativa EBP tiene tres objetivos principales:

1. Entender la biodiversidad y los ecosistemas. El objetivo del EBP es entender mejor las relaciones evolutivas entre los organismos vivos, así como el momento, el origen, la distribución y la densidad de las especies de la Tierra. Además, el EBP se propone desarrollar nuevos conocimientos sobre la composición y funciones de los ecosistemas, ayudar a descubrir nuevas especies y establecer leyes fundamentales para la evolución del genoma y los procesos evolutivos.

2. Conservar, proteger y regenerar la biodiversidad. La información genética es fundamental para el diseño de programas y la comprensión de cómo el cambio climático y otros fenómenos inducidos por los humanos impactan la biodiversidad. Esto es especialmente cierto para el desarrollo de programas de reproducción y planes de gestión de la conservación de las especies en peligro de extinción y que son el foco de atención del EBP. El EBP fomenta el establecimiento de bioobservatorios para monitorear la biodiversidad mediante el uso de instrumentos genómicos avanzados y portátiles en focos remotos de biodiversidad. Los bioobservatorios monitorean los
cambios en la biodiversidad, descubren nuevas especies y aumentan el compromiso del público con la ciencia.

3. Favorecer el bienestar humano. El EBP tiene como objetivo contribuir a la identificación de nuevos recursos genéticos para prestar servicios vitales de los ecosistemas para la sostenibilidad humana. El estudio del ADN es una fuente valiosa para realizar avances agrícolas y así alimentar de forma más barata, sostenible y eficiente a las poblaciones humanas en crecimiento, y que sea más rentable. También es una fuente de descubrimientos en el campo de la medicina, lo que contribuye a nuestra comprensión de los nuevos patógenos, el desarrollo de nuevos medicamentos para tratar enfermedades crónicas y control de nuevos brotes de enfermedades. Además, con estos descubrimientos se está mejorando la calidad del suelo, el aire y el agua, lo que mejora el bienestar humano y del ecosistema.

Para facilitar la implementación de estos objetivos, la iniciativa EBP apoya el desarrollo de las capacidades científicas para que se puedan utilizar las técnicas genómicas más avanzadas, los protocolos de adquisición de muestras y los estándares para la gestión de datos. Además, el EBP está estableciendo asociaciones equitativas con instituciones de todo el mundo que tienen colecciones naturales, por ejemplo, biobancos, museos de historia natural y jardines botánicos, así como con otras instituciones científicas situadas en países ricos en biodiversidad con la misión de estudiarla y preservarla.

En septiembre del 2019 Colombia se unió oficialmente a la iniciativa global EBP como el tercer país latinoamericano junto con Brasil y Chile. La nueva asociación EBP-Colombia reúne un consorcio de partes interesadas multisectoriales para facilitar la implementación de un proyecto piloto EBP-Colombia capaz de promover el crecimiento económico de Colombia. El centro de la asociación se encuentra en la Universidad de los Andes y está liderado por las profesoras Silvia Restrepo Restrepo y Federica di Palma (University of East Anglia, Reino Unido), con el firme apoyo de la Misión de Sabios, el Foco Bioeconomía, Biotecnología y Medio Ambiente, el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación y la Vicepresidencia de la República.
## Oportunidades para Colombia como país megadiverso

Colombia es el segundo país más diverso del mundo en términos de riqueza de especies, hábitats y diversidad de culturas. La increíble biodiversidad de Colombia es el producto de una variada geografía y de ecosistemas que van desde los bosques tropicales y los bosques de niebla costeros hasta las llanuras abiertas y humedales. Estos ecosistemas son esenciales para la economía colombiana y el bienestar de la población. Una parte importante de la economía colombiana se basa en la extracción de recursos naturales (petróleo, minería, agricultura, apropiación de tierras), por lo que es crucial la gestión ambiental (protección del agua, los suelos, el clima y la biodiversidad). Las amenazas a esa biodiversidad provienen de muchas fuentes, entre ellas, la agricultura, las industrias extractivas, el cambio climático y las especies invasoras, lo que afecta en gran medida la sostenibilidad y la resiliencia de estos ecosistemas y el sustento de las comunidades.

La Tierra ha entrado en un periodo de cambio sin precedentes definido por la pérdida de la biodiversidad, la necesidad de la conservación de las especies y los ecosistemas restaurados, los efectos del cambio climático y una población humana en rápida expansión. La pérdida de la biodiversidad y sus consecuencias en el funcionamiento y los servicios de los ecosistemas es un desafío mundial, y la salud futura del planeta dependerá del descubrimiento de nuevos biomateriales y productos farmacéuticos, y de la conservación de la biodiversidad de nuestro mundo natural.

Colombia aloja más de 51 330 especies, de las cuales aproximadamente 7639 son endémicas y 1302 especies fueron clasificadas como vulnerables o en peligro de extinción. Por ejemplo, las plantas son la fuente de una gran diversidad de proteínas y moléculas biológicamente activas que se utilizan como ingredientes industriales y como terapias humanas. La diversa flora nativa de Colombia es una fuente potencial de moléculas novedosas que, si se identifican y se accede a ellas de manera sostenible, podrían permitir el crecimiento de una bioeconomía fuerte, resolver problemas de la salud
y la industria y proporcionar beneficios socioeconómicos a las comunidades locales. Además, la fauna colombiana ofrece un novedoso potencial para las prácticas agrícolas sostenibles que podrían contribuir a la creación de nuevas industrias, desarrollar las economías locales, mejorar el bienestar de las comunidades y conservar los ecosistemas y las especies naturales.

Sin embargo, el impacto ambiental de las prácticas agrícolas y la industria minera es un problema clave para Colombia y se considera uno de los principales contribuyentes a la pérdida de la biodiversidad debido a estos factores: (a) la deforestación, (b) los procesos de extracción inadecuados, (c) la contaminación del suelo y el agua con cianuros y metales pesados como el cadmio y el mercurio que amenazan directamente la vida silvestre (después de China, Colombia es el país con el segundo nivel más alto de contaminación por mercurio), y (d) la amenaza a la seguridad alimentaria debido al consumo de productos silvestres y agrícolas contaminados por esos compuestos. En entornos tan complejos, el reto es encontrar las oportunidades para construir una sociedad pacífica y, al mismo tiempo, mantener su diversidad biológica y cultural. Por lo tanto, es fundamental invertir ahora en el crecimiento sostenible de Colombia.

## Una economía basada en la biodiversidad: el proyecto piloto EBP Colombia

La Misión de Sabios desarrolló una hoja de ruta política para la ciencia, la innovación y la tecnología de Colombia fuertemente vinculada a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) (Misión de Sabios, 2020). En esta hoja de ruta, el Foco de Bioeconomía, Biotecnología y Medio Ambiente propuso un proyecto piloto bajo la asociación del EBP para secuenciar y caracterizar los genomas de varias especies importantes de Colombia y ponerlo a disposición de la
comunidad académica y la industria colombianas para estudios futuros. Tal piloto se llevará a cabo en colaboración con el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación como parte del Programa Colombia Bio2 y explotará la biodiversidad en el país para impulsar el descubrimiento, el bienestar social y el impacto económico.

La asociación EBP Colombia reunirá una red de partes interesadas de los principales centros regionales de Colombia (tanto públicos como privados) y de socios internacionales (cuando se necesiten conocimientos complementarios). Estos incluyen: (a) investigadores académicos, (b) industrias principales, (c) comunidades de productores primarios y (d) asesores de políticas, tanto gubernamentales como expertos. Solo reuniendo el conocimiento de diferentes disciplinas y perspectivas multisectoriales podremos hacer frente a los retos de la economía emergente de Colombia y contribuir eficazmente a la formulación e implementación de políticas. Los conocimientos multisectoriales de esta asociación se basan en una visión compartida centrada en la economía fundamentada en la biodiversidad como un medio para alcanzar la sostenibilidad y la prosperidad social y económica (figura 1).

La red de socios de EBP Colombia ofrecerá:

- Adquisición de muestras, identificación, curaduría y desarrollo técnico esencial.

- Secuenciación de lectura larga de alto rendimiento y de última generación con tecnologías asociadas para entregar datos, y fuertes canales automatizados para generar ensamblajes de genomas.

- Sistemas para el procesamiento de datos, la presentación de datos y el análisis a gran escala a la comunidad en general, incluidos los instrumentos de valoración socioeconómica.

- Incentivar la participación activa de nuestros socios esenciales, pero a menudo ignorados, las poblaciones indígenas que habitan en las zonas de mayor biodiversidad, las comunidades agrícolas en general y las comunidades desplazadas que buscan reintegrarse mediante nuevas oportunidades educativas y económicas.
<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>**Figura 1.** EBP-Colombia: aprovechamiento del poder de la biodiversidad colombiana para una economía sostenible y responsable</figcaption></figure>

Fuente: figura elaborada por Carolina Gómez Andrade
* Recomendar y adoptar mejores prácticas para compartir el acceso y los beneficios en Colombia, lo que constituye un paso fundamental en el desarrollo de una estrategia de bioeconomía.

* Proporcionar una plataforma de formación para una generación de científicos, gerentes e industria que cruce disciplinas y contribuya a programas factibles para la aplicación de los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

La EBP Colombia contribuirá a liberar el enorme potencial que tiene la biodiversidad del país y desarrollará el conocimiento colombiano y la capacidad necesaria para acelerar el progreso de la economía basada en la biodiversidad del país, creando nuevos conocimientos y promoviendo la innovación en la agricultura, la medicina y las industrias basadas en la biología, así como enfoques mejorados para la conservación de las especies en peligro de extinción y los beneficios económicos para las comunidades.

El EBP apoyará un modelo sostenible que integre tecnologías innovadoras (genética, modelos digitales y económicos) para generar conjuntos de datos que transformen las cadenas de valor (por ejemplo, la conservación y producción de conocimiento sobre los recursos naturales, el uso eficiente de las tierras agrícolas, la promoción del reciclaje de los desechos agrícolas y las inversiones en energías alternativas), conservando al mismo tiempo los recursos naturales (por ejemplo, la reducción de la contaminación del suelo y el agua, la recuperación de la biomasa residual) y produciendo claros beneficios ambientales, sociales y económicos que operen dentro de los límites de lo “seguro” y lo “justo” (por ejemplo, la reducción de la pobreza a largo plazo).

Por último, Colombia se encuentra en una posición única para transferir la experiencia de la EBP Colombia a otros países sudamericanos como Bolivia, Ecuador, Perú y Brasil, con el fin de desarrollar, aplicar y difundir estrategias basadas en la investigación para los desafíos comunes.

Colombia se encuentra en una posición inigualable para encabezar la contribución de América Latina a la Iniciativa Global EBP (Lewin et al., 2008), apoyar todos los aspectos de un proyecto piloto colombiano del EBP, desde la ciencia básica hasta el impacto más amplio en el medio ambiente, la
economía y la sociedad del país; responder a la variedad de desafíos y
oportunidades y transformarlos en acciones nacionales; proporcionar
una ocasión única para influir en el futuro marco de políticas. En última
instancia, la experiencia y el conocimiento científico de Colombia sobre
su capital natural afirmarán una reputación de liderazgo y se convertirán
en el epicentro de los descubrimientos biológicos y la inversión global.

Referencias

Lewin, H., Robinson, G., Kress, J., Baker, W., Coddington, J., Crandall, K., Durbin, R., Edwards, S., Forest, F., Gilbert, T., Goldstein, M., Grigoriev, I., Hackett, K., Haussler, D., Jarvis, E., Johnson, W., Patrinos, A., Richards, S., Castilla-Rubio, J., Van Sluys, M., Soltis, P., Xu, X., Yang, H. y Zhang, G. (2018). Earth BioGenome Project: Sequencing life for the future of life. *Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America*, 115 (17), 4325-4333.
doi: 10.1073/pnas.1720115115

Misión de Sabios (2020). *Colombia hacia una sociedad del conocimiento*. *Reflexiones y propuestas*, vol. 1. Vicepresidencia de la República de Colombia; Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación.
<figure><img src="image_19.png" /></figure>
tir
# Garantizar la integridad de los ecosistemas de Colombia:

## condición básica para preservar la biodiversidad y desarrollar la bioeconomía

Germán Poveda
<figure><img src="image_20.png" /></figure>
Introducción

Al escribir estas palabras, más de 78 millones de personas han sido con-
tagiadas y cerca de 1 800 000 han muerto en el mundo por la pandemia
de COVID-19 causada por el coronavirus, SARS-CoV-2, una enfermedad
zoonótica originada por el contacto entre humanos y animales silvestres
(Huang et al., 2020). El riesgo de contagio de zoonosis es mayor a partir
de animales silvestres amenazados y en peligro de extinción por pérdida
de hábitats, deforestación y cambios en los usos del suelo (Johnson et al.,
2020; Suárez et al., 2020). Por otra parte, el cambio climático causado
por la emisión de gases de efecto invernadero y por deforestación está
causando graves impactos a las sociedades humanas y al medio ambiente,
incluyendo la biodiversidad. El 2030 es el año límite para el colapso de la
mayoría de los ecosistemas terrestres y marinos del planeta (Trisos et al.,
2020). Así, la deforestación está en el centro de dos amenazas urgentes
para la humanidad y para la vida en el planeta. Esas dos razones deberían
bastar para detener la deforestación a escala global.
## Impactos de la deforestación y del agotamiento de los sistemas de soporte a la vida en Colombia

El capital natural y la extraordinaria biodiversidad constituyen las mayores riquezas de Colombia. Estas riquezas incluyen los sistemas de soporte a la vida: agua, aire, suelos, todos los tipos de biomas, bosques, páramos, sabanas, manglares, glaciares, desertos y otras zonas de vida. Una extensión tan grande de regiones con alta significancia de la biodiversidad (figura 1) demuestra por qué Colombia es el país con mayor biodiversidad por metro cuadrado del mundo a pesar de ocupar el 0,7% de la superficie terrestre. Colombia tiene el primer puesto a nivel global en número de especies de aves y orquídeas, el segundo en plantas, anfibios, mariposas y peces dulceacuícolas, el tercer puesto en palmas y reptiles, y el cuarto en mamíferos (WWF-Colombia, 2020). Lamentablemente, los ecosistemas colombianos están siendo destruidos, degradados y contaminados, en muchos casos en forma irreversible, al punto que los Andes tropicales son el sitio más crítico para la biodiversidad en el mundo (Myers et al., 2000; Poveda, 2020).

## Deforestación y fuegos en Colombia: forzantes socioeconómicos y culturales

La causa principal de la deforestación de Colombia es la expansión de la frontera agrícola y ganadera (Etter et al., 2006). Desde la Conquista española hasta hoy, la tenencia de tierras en Colombia ha sido sinónimo de riqueza económica, estatus social, poder político y control territorial. Por eso, la tenencia de tierras tiene un componente antropológico y sociocultural muy fuerte. La escandalosa concentración de grandes extensiones del territorio
en muy pocas manos es el principal problema social de Colombia (Machado Cartagena, 2009; Reyes Posada, 2009), y ha sido una de las principales causas del conflicto armado en Colombia (Centro Nacional de Memoria Histórica, 2016, 2018). Este proceso se ha llevado a cabo mediante la deforestación de vastas zonas del país, propiciada por factores como debilidad institucional, ignorancia de sus nefastos impactos sobre el agua y el clima, auge de los cultivos ilícitos y el conflicto armado, expansión del paramilitarismo en el periodo 1990-2010, minería, tala ilegal de madera y el desarrollo de infraestructura. El acuerdo de paz entre el Estado colombiano y la guerrilla de las Fuerzas Armadas Revolucionarias de Colombia (FARC) provocó un aumento en las tasas de deforestación por parte de diversos actores legales e ilegales (Armenteras et al., 2019; Clerici et al., 2020).

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>**Figura 1.** Mapa de la significancia de la biodiversidad en Colombia</figcaption></figure>

Nota: también, la contribución de cada pixel a la distribución de especies de mamíferos, aves y anfibios que dependen de los bosques. El color blanco representa los valores más bajos, mientras el morado representa los más altos

Fuente: elaborado desde Global Forest Watch (www.globalforestwatch.org), con información de International Union for Conservation of Nature (IUCN), BirdLife International, and United Nations Environment World Conservation Monitoring Centre (UNEP-WCMC).
## Dinámica espacio-temporal de la deforestación en Colombia

Entre el 2001 y el 2019, Colombia perdió 4,34 Mha de bosques (figura 2), equivalentes a una disminución del 5,3% desde el 2001 y a una emisión de 1,70 Gt de CO2. Las mayores áreas deforestadas están en el piedemonte oriental de la cordillera oriental, en la región de transición Andes-Amazónia, en la Orinoquia y vastas zonas de las cordilleras central y occidental, Antioquia, Urabá, la región Caribe y la zona del Catatumbo. La tendencia de largo plazo de la deforestación en Colombia es de 6250 ha/año, con un aumento notable del 2016 al 2018, luego del acuerdo de paz. Los cinco departamentos más deforestadores son Caquetá (figura 3), Meta, Antioquia, Guaviare y Putumayo, con casi un tercio de la deforestación del país. Preocupa la deforestación de la Amazonia colombiana (figura 4), llegando a 200 000 ha en el 2018, incluyendo áreas protegidas como los Parques Nacionales de Tinigua, Serranía de Chiribiquete y Sierra de la Macarena y la Reserva Nacional Nukak (Finer y Mamani, 2019, 2020). La deforestación también es impulsada en la Amazonia por especulación de tierras, generación de rentas, actividades agrícolas (lícitas e ilícitas) y por infraestructura vial informal (Ideam, 2018).

### Fuegos

El fuego ha sido y sigue siendo la práctica más usual para cambiar el uso del suelo en Colombia, y por ello ligado con la deforestación. La serie anual del área quemada en Colombia durante el periodo 2000-2016 (no se muestra) exhibe una fuerte variabilidad interanual alrededor de un valor promedio de 20 650 km² por año, y la mayoría de los años con mayor área quemada coinciden con los años de ocurrencia de El Niño (y los de menor con La Niña), debido a las sequías durante El Niño en Colombia (Poveda et al., 2010), favoreciendo una mayor inflamabilidad de la vegetación. Hay una alta correlación entre los valores anuales del área
deforestada y el área quemada en Colombia. En los dos paneles de la figura 5 se muestra la distribución espacial de los puntos quemados y los porcentajes de área quemada en cada pixel en el 2014. La presencia de muchos pequeños fuegos, que también causan graves impactos a la biodiversidad por la fragmentación de los ecosistemas (Monroy et al., 2019), se observan no solo en la Orinoquia y Alta Amazonia de Colombia, sino también al norte de la cordillera oriental. La figura 6 presenta la distribución del número de fuegos mensuales en Colombia entre los años 2014 y 2020. La temporada pirómana es de enero a marzo.

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>**Figura 2.** (Izquierda) Dinámica espacial de la pérdida de bosques en Colombia. (Derecha) Serie de tiempo anual de la pérdida de bosques entre el 2001 y el 2018</figcaption></figure>

Fuente: elaboración propia con base en Global Forest Watch (www.globalforestwatch.org) (Hansen et al., 2013)
<figure><img src="image_24.png" /></figure>

**Figura 3.** (Izquierda) Mapa de la pérdida de bosques (en fucsia) en el departamento de Caquetá. (Derecha superior) Serie anual de pérdida de bosques durante el periodo entre el 2001 y el 2018. (Derecha inferior) Detalle de la deforestación avanzando desde los Andes hacia la Alta Amazonia siguiendo los cauces de los ríos

Fuente: elaboración propia con información de Global Forest Watch (www.globalforestwatch.org) (Hansen et al., 2013)

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

<figure><img src="image_26.png" /></figure>
**Figura 4.** Serie anual del número de hectáreas deforestadas en la Amazonia colombiana entre el 2015 y el 2018, diferenciando el total de bosques (sólido) y el bosque primario (rayas)

Fuente: figura de Finer y Mamani (2019), reproducida con autorización del Proyecto Monitoreo de la Amazonía Andina (MAAP) (https://maaproject.org)

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

**Figura 5.** (Izquierda) Distribución de los puntos quemados en Colombia en el 2014, según los datos de Modis. (Derecha) Distribución del porcentaje de área quemada en cada pixel en el 2014 según los datos del Global Fire Atlas (http://www.globalfiredata.org/analysis.html)

Nota: (izq.) los diferentes colores denotan los meses del año en los cuales ocurrieron dichos fuegos.
<figure><img src="image_29.png" /></figure>

## Principales impactos hidrológicos y climáticos de la deforestación en Suramérica tropical

Los bosques regulan los ciclos de agua, energía y carbono (figura 7) y garantizan el buen funcionamiento de los ecosistemas. Además, proporcionan bienes y servicios tales como agua limpia y suelos saludables, valorados entre 75 y 100 000 millones de dólares por año, y albergan el 80% de la biodiversidad terrestre del mundo (IUCN, 2020). Absorben aproximadamente 2600 millones de toneladas de CO₂ por año (un tercio del emitido por la quema de combustibles fósiles), y brindan muchos otros beneficios a los humanos y a la naturaleza (Sheil et al., 2019). Alrededor de 1600 millones de personas, la mayoría los más pobres, dependen de los bosques como

Figura 6. Distribución del número de fuegos mensuales en Colombia entre los años 2014 y 2020 detectados por el Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) a bordo del satélite Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP)

Fuente: Universidad de Maryland (http://viirsfire.geog.umd.edu/)
medio de vida. Los bosques aumentan y mejoran el proceso de infiltración de agua en el suelo y la recarga y almacenamiento de agua en los acuíferos subterráneos. También promueven la lluvia reciclada y contribuyen a mejorar y a estabilizar la lluvia regional. En condiciones adecuadas, la cobertura con bosques puede revertir procesos de sequía en regiones áridas, expandiendo la tierra disponible para más árboles (Sheil, 2018).

**Figura 7.** Los bosques desempeñan un papel fundamental en la regulación de todas las variables que hacen parte de los balances y los ciclos naturales de energía (A), de agua (B) y de carbono (C) en la superficie terrestre, desde la escala local hasta las escalas regional, continental y global. La deforestación y los cambios en los usos del suelo y la urbanización alteran la dinámica natural de tales balances (D, E, F)

Fuente: adaptada de Bonan (2008) con autorización de American Association for the Advancement of Science

<figure><img src="image_30.png" /></figure>
En la figura 8 se muestra la pérdida de bosques en el norte de Suramérica entre el 2001 y el 2018. El 20% de la cuenca amazónica ya ha sido deforestada para ampliar la frontera agrícola y ganadera (Aguiar et al., 2016), particularmente en el Arco de Fuego en el sureste amazónico. Después de un periodo de reducción de la deforestación entre el 2004 y el 2018 debido a políticas eficaces de control, la deforestación se disparó por causa de las políticas del presidente de Brasil, Jair Bolsonaro, autode-nominado "Capitán Motosierra" para dejar claras sus intenciones sobre el futuro de la Amazonia, las cuales propiciaron la severa temporada de incendios durante el mes de agosto del 2019, la más intensa en una década (Nobre, 2019; Poveda et al., 2019).

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>**Figura 8.** Pérdida de bosques en el norte de Suramérica (puntos fucsias) durante el periodo 2001-2018. Los límites denotan distintas cuencas hidrográficas</figcaption></figure>

Fuente: Global Forest Watch (www.globalforestwatch.org)
Alteración de los balances de agua, energía y carbono

Los bosques cumplen un papel fundamental en la estabilidad de los ciclos de agua, energía y carbono sobre los continentes (figura 7). La deforestación y los cambios en los usos del suelo afectan los procesos hidrológicos, climáticos y del tiempo atmosférico en un rango muy amplio de escalas espacio-temporales (Bonan, 2008). El bosque tropical lluvioso de la Amazonia es el más grande del planeta, y almacena cerca del 40% de la biomasa global de los bosques tropicales (Saatchi et al., 2011).

Alteración de dinámicas atmosféricas y oceánicas de gran escala

La deforestación y los cambios en los usos del suelo en la Amazonia afectan la dinámica de la circulación atmosférica y oceánica de gran escala, a través de teleconexiones de larga distancia. Henderson-Sellers et al. (1993) encuentran que la deforestación ocasiona un debilitamiento del movimiento de ascenso del aire en la zona de convergencia intertropical, así como en la zona de descenso en las regiones subtropicales. McGuffie et al. (1995) concluyen que la deforestación amazónica altera la circulación de la celda de Hadley. Zhang et al. (1996) demuestran que la deforestación amazónica puede afectar el transporte de energía desde los trópicos hacia latitudes medias y altas, y una reducción del transporte de calor sensible sobre ambos hemisferios. Gedney y Valdés (2000) encuentran que la deforestación amazónica induce cambios en la precipitación y la circulación de la alta atmósfera sobre el Atlántico Norte y Europa, a través de la propagación de ondas Rossby atmosféricas. Así mismo, la deforestación amazónica reduce la precipitación en Norteamérica (Avissar y Werth, 2005) y afecta otros procesos conducentes a cambios en las precipitaciones por fuera de la Amazonia, incluyendo el sureste de Suramérica, el oeste subsahariano de África Occidental, el Congo y el sureste de Norteamérica (Badger y Dirmeyer, 2016).
Aumento de la temperatura del aire y reducción
de la precipitación y la evaporación

El efecto más inmediato de la deforestación es el aumento de la temperatura, no solo por la pérdida de sombrío o por la reducción del enfriamiento evaporativo, sino por la pérdida de la conductancia aerodinámica del bosque, debilitando el transporte de calor desde la superficie hacia la atmósfera (Panwar et al., 2020). La deforestación amazónica aumenta la temperatura del aire hasta en un radio de 50 km (Cohn et al., 2019). En la figura 9 se muestra la tendencia creciente de la temperatura de la Amazonia. Dickinson y Henderson-Sellers (1988) calculan que la deforestación de la Amazonia podría aumentar la temperatura entre 3 y 5 °C, y disminuir significativamente la precipitación. Zemp et al. (2017b) estiman que una deforestación del 40% en la Amazonia podría conducir a una reducción entre el 5% y el 10% en la lluvia local. Baker y Spracklen (2019) estiman una fuerte disminución en el índice de área foliar y en la evapotranspiración a causa de la deforestación amazónica, debido al aumento en la temperatura. La deforestación amazónica disminuye la evapotranspiración regional y continental (Von Randow et al., 2019), con la consecuente reducción en la lluvia reciclada y en el transporte de humedad hacia regiones "viento abajo". Múltiples estudios coinciden en que la deforestación amazónica causa un aumento de la temperatura y una reducción de la precipitación y la evapotranspiración a gran escala (Nobre et al., 1991; Marengo et al., 2018; Molina et al., 2019).
<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>**Figura 9.** Anomalías (C) de las temperaturas medias del aire en la Amazonia del periodo 1949-2017</figcaption></figure>

Nota: con respecto al promedio entre 1961 y 1990, según diversas fuentes de datos (a la derecha). Las flechas rojas denotan los años de ocurrencia de El Niño
Fuente: Marengo et al. (2018)
© Frontiers Earth Science.
Licencia cc BY

## Temporadas secas más largas y mayores déficits de agua

La deforestación amazónica está causando el aumento en la duración de la temporada seca (DTS) (figura 10). La fecha de finalización de la temporada seca (FTS) y la DTS son unas de las limitantes climáticas claves para el mantenimiento de los bosques (Sombroek, 2001; Staver et al., 2011), especialmente en el sur de la Amazonia, donde los bosques están expuestos a largas temporadas secas que los hacen más vulnerables ante los cambios en los usos del suelo. Estudios de modelación demuestran que la deforestación amazónica aumenta la frecuencia de ocurrencia (29-57%) de estaciones secas de mayor duración en el centro y sur de la región, dependiendo de distintos escenarios de deforestación (Ruiz-Vásquez et al., 2020). Muchos otros estudios revelan una disminución en las lluvias de la temporada seca en regiones deforestadas de la Amazonia (Costa y Pires, 2010; Fu et al., 2013; Zou et al., 2016). Por otra parte, la deforestación ha aumentado la frecuencia de días húmedos en el norte de la Amazonia, en especial, durante el periodo de marzo a mayo, causando un aumento del 17% en la precipitación (Espinoza et al., 2019), y por tanto los caudales en los ríos tributarios del norte de la región (Barichivich et al., 2018).
<figure><img src="image_33.png" /></figure>

Figura 10. (Arriba) Serie anual de la duración de la temporada seca (DTS, línea roja) y de la finalización de la temporada seca (FTS, línea azul). Las unidades están dadas es pentadas (5 días). En el eje izquierdo, la pentada número 55 va del 2 al 7 de septiembre, y el número 70 va del 10 al 15 de diciembre. (Abajo) Serie anual de la precipitación en la primavera austral de dos bases de datos diferentes, en la que se observa que la disminución en la lluvia es consistente con el aumento en la duración de la temporada seca

Fuente: reproducida de Fu et al. (2013)

Reproducida con autorización de PNAS

## Pérdida de la precipitación reciclada

El vapor de agua que forma la lluvia proviene de varias fuentes: (1) transportado por las corrientes de vientos de la atmósfera, (2) evapotranspirada por las plantas; (3) evaporada desde el suelo y los cuerpos de agua. La proporción de la lluvia que tiene su origen en la evapotranspiración de la vegetación local se denomina precipitación reciclada. En la figura 11 se observa que el agua que se precipita como lluvia proviene de los términos de transporte de humedad por los vientos, C, y por la precipitación reciclada, $P_r$. El bosque amazónico mantiene altas tasas de evapotranspiración, aun durante la temporada seca. En promedio, la transpiración del bosque amazónico constituye el 70% de la evaporación (Kumagai et al., 2005). Por esto la precipitación reciclada asciende al 35-55% de la precipitación en la cuenca (Salati, 1987; Zemp et al., 2014, 2017a; Staal et al., 2018).
**Figura 11.** Ilustración de los depósitos y flujos de agua en una cuenca hidrográfica

Nota: las variables encerradas en un círculo representan, respectivamente, el almacenamiento de agua en la atmósfera (W) y en el subsuelo (S). Las demás variables representan los flujos de agua: precipitación (P), evapotranspiración (E), escorrentía superficial (R), transporte neto (entradas menos salidas) de vapor de agua por los vientos (C), e infiltración (I). La precipitación que tiene origen en la evapotranspiración de la vegetación de la misma cuenca, denotada con la flecha verde, es la precipitación reciclada (P, c).

Fuente: elaboración del autor

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

La figura 12 ilustra la importancia de la Amazonia sobre procesos hidrológicos y climáticos del norte de Suramérica, incluyendo la precipitación reciclada. Se observan altos valores de la precipitación reciclada en la Baja Amazonia (35-55%), y mucho mayores en los Andes (60-90%). Es decir que la Amazonia exporta vapor de agua hacia los Andes, el cual se condensa y cae como lluvia sobre la cordillera, para reevaporarse y volver a llover localmente.

Hay que detener la deforestación de los Andes tropicales, dado el gran porcentaje de la lluvia reciclada en la región. El panel (c) de la figura 12 presenta la fracción de lluvia que cae en cada pixel proveniente de evaporación del océano Atlántico. Sobre los Andes es muy poca la lluvia que proviene del océano, ratificando la importancia de la precipitación reciclada que se muestra en los paneles (a) y (b). El panel (d) muestra el porcentaje de lluvia que cae en cada pixel proveniente de la transpiración de los árboles amazónicos, haciendo evidente la importancia de la evapotranspiración del bosque amazónico para sostener las lluvias de los Andes.
<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>**Figura 12.** Influencia de los procesos hidrológicos en la Amazonia sobre las lluvias de Suramérica</figcaption></figure>

Notas: (a) Mapa del porcentaje de precipitación reciclada en cada uno de los pixeles, para la estación seca (junio-septiembre), y (b) para la estación lluviosa (diciembre-marzo). Los vectores indican el campo de flujo de humedad integrado verticalmente (en m³ de humedad × m⁻² × mes⁻¹).

Fuente: Zemp *et al.* (2014).

Licencia cc

(c) Fracción de la precipitación total de la estación seca (junio-noviembre) que proviene de evaporación del océano.

Fuente: Zemp *et al.* (2017a),

© Nature Communications.

Licencia cc

(d) Fracción de la lluvia promedio anual que es transpirada por los árboles de la Amazonia.

Fuente: Staal *et al.* (2018). © Nature

Climate Change. Reproducida con autorización de Springer Nature

## Debilitamiento de la cascada de circulación de humedad en el sistema suelo-vegetación-atmósfera

El mecanismo descrito en la sección anterior, relacionado con el flujo del agua que se da en la interacción suelo-vegetación-atmósfera en la Amazonia, se resume como un eficaz proceso de recirculación en cascada (precipitación → humedad de suelo a través de la infiltración → evapotranspiración → transporte de humedad por los vientos → precipitación →...) que fluye con
el viento (Zemp *et al.*, 2017a, b). La figura 13 muestra los impactos de la deforestación sobre ese proceso en cascada. Dos tercios de la precipitación reciclada en la Amazonia provienen de la transpiración del bosque (Staal *et al.*, 2018), así que la retroalimentación en cascada entre el suelo, la vegetación y la atmósfera (vía E, Pr y C, en la figura 11) protege contra los efectos de la sequía y revela el mecanismo por el cual la deforestación compromete la resiliencia del bosque amazónico ante eventos extremos climáticos actuales y futuros.

<figure><img src="image_36.png" /><figcaption>**Figura 13.** Dinámica de la cascada de circulación de humedad en la Amazonia a través de la interacción suelo-vegetación-atmósfera</figcaption></figure>

Nota: (a) Sistema vegetación-atmósfera en equilibrio. (b) Efectos de la deforestación y de la reducción del influjo desde el océano Atlántico. Esto reduce la evapotranspiración local y el transporte de humedad por el viento. (c) Como resultado, el régimen de lluvias se altera en otros lugares, causando una posterior pérdida de bosques y un menor transporte de humedad.

Fuente: Zemp *et al.* (2017).
© Nature Communications.
Licencia cc. Texto traducido del inglés
## "Sabanización" permanente de la Amazonia

Múltiples estudios han mostrado que la deforestación amazónica causaría el colapso del bosque húmedo tropical, tal que se convertiría en una sábana tropical por la reducción de la lluvia, el aumento de la temperatura y la retroalimentación positiva entre la deforestación y la reducción de la lluvia (Zemp et al., 2017b; Staal et al., 2018). Dicha transición ocurriría de manera súbita al cruzar puntos críticos de inflexión (tipping points), como un aumento de 4 °C en la temperatura o un porcentaje de área deforestada mayor del 40%. Ese proceso de "sabanización" de la Amazonia sería especialmente notable en el sureste de la región (Oyama y Nobre, 2003; Hirota et al., 2011; Zemp et al., 2017a; Lovejoy y Nobre, 2018).

El ritmo de ese proceso dependerá de (1) la habilidad que tenga el bosque de aumentar el consumo de carbono en distintos escenarios de aumentos de CO₂ en la atmósfera asociados con el calentamiento global (Rammig et al., 2010), y (2) el impacto que tendría la interrupción del mecanismo de reciclado de humedad sobre la estabilidad del bosque (Zemp et al., 2017b).

## Debilitamiento de los ríos aéreos sobre Suramérica

La distribución de la lluvia en el norte de Suramérica depende de diversos mecanismos de la circulación atmosférica de gran escala y de la dinámica de los océanos circundantes. Pero la barrera orográfica de los Andes, el ya mencionado reciclaje de la precipitación a través de la evapotranspiración y las interacciones dinámicas de doble vía entre el suelo, la vegetación y la atmósfera también desempeñan un papel fundamental (Poveda y Mesa, 1997; Builes-Jaramillo et al., 2017; Zemp et al., 2014, 2017; Bedoya-Soto et al., 2018).

De igual importancia para la lluvia continental es la dinámica espacio-temporal de los ríos aéreos, análogos a los ríos superficiales, cuyas trayectorias han sido estudiadas por Moraes-Arraut et al. (2012) y Poveda et al. (2014) (figura 14). Esto pone de presente la importancia del bosque para generar su propia lluvia a través de la evapotranspiración, la precipitación reciclada
y la cascada "viento abajo" mencionada anteriormente. La deforestación reduce el caudal de los ríos aéreos por menor evapotranspiración, menor reciclaje de la lluvia y menor aporte de humedad a las lluvias de regiones "viento-abajo", incluyendo la cordillera de los Andes y el Río de La Plata.

<caption>**Figura 14.** Trayectorias de los ríos aéreos sobre Suramérica durante las distintas estaciones del año y superpuestas sobre la distribución de las coberturas vegetales según la escala de colores en la parte del medio del panel superior</caption>

Fuente: © American

Geophysical Union.

Adaptada de Poveda et al. (2014) con autorización de

John Wiley and Sons

<figure><img src="image_37.png" /></figure>
## Disminución del transporte de humedad hacia los Andes

Los ríos aéreos transportan humedad atmosférica desde el océano Atlántico hacia la Orinoquia y la Amazonia, y de allí al resto del continente (figura 14) (Marengo et al., 2004; Nobre et al., 2009; Moraes-Arraut et al., 2012; Poveda et al., 2014; Trachte, 2018). Los Andes y la Amazonia conforman un sistema de retroalimentación recíproca. La Amazonia exporta vapor de agua evapotranspirado por el bosque por los vientos de la baja atmósfera, y los Andes exportan agua líquida, sedimentos y nutrientes a la baja Amazonia por los ríos que nacen en su vertiente oriental (Builes-Jaramillo y Poveda, 2018). La figura 15 ilustra los flujos de agua superficiales y atmosféricos en el sistema acoplado Andes-Amazonia.

La barrera orográfica de los Andes también cumple un papel importante en la distribución espacio-temporal de la lluvia en el norte de Suramérica. Los vientos provenientes de la Amazonia son forzados a ascender por la cordillera, causando su enfriamiento y condensación, lo cual explica la alta pluviosidad del piedemonte oriental de los Andes (Vizy y Cook, 2007; Junquas et al., 2018), y el gran lago atmosférico localizado en el costado occidental de la Amazonia andina (Moraes-Arraut et al., 2012; Poveda et al., 2014). Por ello, la región andina de la Amazonia ha sido identificada como una de las regiones más afectadas en cuanto a la disponibilidad de agua debido al debilitamiento del caudal de los ríos aéreos, por la deforestación amazónica (Weng et al., 2018).

**Figura 15.** Componentes de los balances de agua superficial y atmosférica basados en datos del Reanálisis ERA-Interim (izquierda) y observaciones (derecha), para las subregiones de los Andes y la Baja Amazonia pertenecientes a la cuenca del río Amazonas

**Nota:** P, precipitación; E, evapotranspiración real; R, escorrentía superficial; C, transporte neto de humedad. Los valores están dados en unidades de mm/año

**Fuente:** Builes-Jaramillo y Poveda (2018). © American Geophysical Union. Reproducida con autorización de John Wiley and Sons

<figure><img src="image_38.png" /></figure>
## Disminución del aporte de agua atmosférica a los páramos y glaciares y amenaza al suministro de agua y la calidad del aire en las ciudades andinas

La dinámica hidrológica de la cuenca amazónica también es fundamental para proveer el agua atmosférica de las regiones más altas de los Andes, incluyendo los páramos y los glaciares (Vizy y Cook, 2007). Por esto, la deforestación amazónica y andina contribuyen y contribuirán al actual retroceso de los glaciares andinos debido al calentamiento global (Vuille et al., 2018). Muchas ciudades y pequeñas poblaciones andinas dependen del agua atmosférica importada desde la Amazonia, y por ello la deforestación amazónica y el cambio climático atentan contra la disponibilidad de agua para ciudades como Bogotá, Quito, Lima y La Paz, entre muchas otras (Soruco et al., 2015). Además, los vientos que circulan desde la Baja Amazonia hasta los Andes también transportan bióxido y monóxido de carbono, y “carbón negro” (humo y hollín) proveniente de los incendios de la Amazonia entre los meses de agosto a octubre (figura 16). Los incendios y las quemas sobre la Amazonia contribuyen a su empobrecimiento biogeoquímico y ecológico, y al derretimiento de los glaciares andinos, dado que el “carbón negro” se deposita en las cumbres andinas, disminuyendo la reflexión de la radiación solar, aumentando el calentamiento y, por tanto, acelerando el derretimiento de los glaciares (Magalhães et al., 2019).

## Alteración del chorro superficial de Suramérica y amenaza al suministro de agua y la calidad del aire en la cuenca del Río de la Plata

Uno de los mecanismos físicos más destacados en la circulación atmosférica del llamado sistema del monzón de Suramérica (SMSA) es el chorro superficial de Suramérica al este de los Andes (SALLJ) (Vera et al., 2006a; 2006b), una corriente de vientos del noroeste que fluye paralelo a los Andes, que se extiende desde el suroeste de la Amazonia hasta el sureste de Suramérica (figura 17). Diversos estudios han demostrado que la deforestación amazónica altera el clima de la región del SMSA (Sampaio et al., 2007).
<figure><img src="image_39.png" /></figure>

Tanto el SALLJ como los ríos aéreos de la cuenca amazónica contribuyen con un 20% del transporte de humedad atmosférica para la precipitación en el Río de la Plata (Montini et al., 2019). La deforestación de la Amazonia y la consecuente disminución en los procesos de evapotranspiración y de transporte de humedad por los vientos reducirían fuertemente la lluvia en el sureste de Suramérica, poniendo en riesgo el suministro de agua para ciudades como São Paulo, Río de Janeiro, Buenos Aires, Montevideo, etc. Asimismo, dado que los sistemas de circulación atmosférica también transportan humo, hollín y carbón negro provenientes de los incendios amazónicos (Marengo et al., 2008), no es de extrañar la noche en pleno día que vivió en São Paulo en agosto del 2019, como resultado de los incendios propiciados por las políticas de Bolsonaro en Brasil. De manera que la deforestación amazónica también tiene impactos directos sobre la calidad del aire en el sureste del continente, con graves amenazas a la salud pública.

Figura 16. (Izquierda)

Distribución del monóxido de carbono en la atmósfera, proveniente de los incendios en la Amazonia (derecha) entre el 8 y el 22 de agosto del 2019

Fuente: (izquierda) Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) a bordo del satélite Aqua de la NASA, NASA/JPL-Caltech. (Derecha) *The Extinction Chronicles*. Foto de Victor Moriyama/Greenpeace
<figure><img src="image_40.png" /></figure>

**Figura 17.** Esquema de los mecanismos que hacen parte del transporte de humedad hacia las altas latitudes en Suramérica

Nota: las flechas verdes denotan el transporte de humedad desde el océano Atlántico tropical y sur, respectivamente. La flecha azul representa el chorro superficial de Suramérica (SALLJ). El diagrama insertado muestra una sección transversal del SALLJ fluyendo desde el norte paralelo a los Andes

Fuente: Vera et al. (2006b)
© American Meteorological Society.
Utilizada con autorización

## Pérdida del embalse forestal e intensificación de los eventos hidrológicos extremos

Una de las consecuencias más negativas de la deforestación es la intensificación en la frecuencia y magnitud de los eventos hidrometeorológicos extremos como las inundaciones de los ríos, pero también las sequías hidrológicas. Un estudio reciente de Salazar et al. (2018) hace posible caracterizar el régimen hidrológico de cualquier cuenca hidrográfica, y encuentra que si la deforestación excede el 60-70% (umbral crítico) en las subcuencas de la cuenca amazónica, pasan de estar en un estado regulado a otro no regulado, haciendo más severas las inundaciones y las sequías. Esto sucede por el efecto de regulación natural que ejercen los bosques para regular los caudales extremos (máximos y mínimos). Allí se plantea la existencia de un *embalse forestal*, para denotar la capacidad natural que tienen las cuencas hidrográficas de regular los caudales de los ríos a través de las interacciones suelo-vegetación-atmósfera y la precipitación reciclada, las cuales dependen de la presencia de los bosques. Es decir que el bosque natural actúa como los embalses artificiales de agua, regulando los caudales extremos en las cuencas hidrográficas.
Colapso de la bomba biótica de humedad atmosférica

Los bosques han sido puestos en el centro de la dinámica de la circulación atmosférica regional y continental y en el transporte de humedad desde los océanos al interior de los continentes, a partir de la postulación de la teoría de la “bomba biótica de humedad atmosférica”, según la cual la evaporación de los bosques y la subsecuente condensación del vapor de agua en la atmósfera constituyen los mecanismos que ponen en movimiento la circulación atmosférica que transporta humedad desde las regiones oceánicas hacia el interior de los continentes (Gorshkov y Makarieva, 2007; Makarieva et al., 2009). La teoría de la circulación atmosférica inducida por la condensación provee una nueva manera de entender la formación de huracanes y tornados, y por qué la lluvia no decrece exponencialmente a medida que se adentra desde los océanos al interior de las regiones continentales con bosques. Análisis de la distribución de la lluvia a lo largo de las trayectorias de los ríos aéreos de Suramérica y la Amazonia confirman que la lluvia se incrementa de manera exponencial o se mantiene constante en zonas cubiertas por bosques (Poveda et al., 2014; Molina et al., 2019). La teoría de la bomba biótica de humedad atmosférica ha sido cuestionada por problemas teóricos que han sido refutados con argumentos teóricos y observacionales. El sano y necesario debate científico sigue abierto. Las consecuencias de la deforestación sobre el funcionamiento de la bomba biótica de humedad atmosférica son obvias. Colapsaría el transporte de humedad desde el océano Atlántico hacia la Amazonia o desde el océano Pacífico hacia el bosque de la región Darién-Chocó en el Pacífico colombiano, y por lo tanto disminuiría la precipitación reciclada en el continente (véase la sección Pérdida de la precipitación reciclada).
# ¿Cómo detener la deforestación?

Planteamos una serie de decisiones, estrategias y caminos que deben tomar los gobiernos y la sociedad para detener un proceso tan nefasto para la región, que atenta contra el logro de los ODS, e impide el avance de la bioeconomía como un nuevo paradigma de desarrollo económico.

## Imponer el cumplimiento de la ley

Mucha deforestación en Colombia ocurre de manera ilegal, sin contar con licencias ambientales o en áreas protegidas. Para detener este proceso es urgente imponer el cumplimiento de la ley en dichas regiones.

## Redefinir nuestra relación con la naturaleza y alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible

Los humanos nos hemos convertido en asesinos ambientales en serie, con una particular crueldad nacida de nuestros hábitos de controlar y dominar el medio ambiente y a todos los demás seres vivos (Harari, 2014). Para corregir ese camino es necesario redefinir nuestra relación con la naturaleza. Es un imperativo ético urgente basado en la filosofía y la ética ambientales (Des Jardins, 2012), así como en la encíclica *Laudato si* del papa Francisco, y en múltiples evaluaciones y declaraciones de todas las grandes religiones del mundo (Yale University, 2020). Aún el lenguaje cuenta. Debemos dejar de hablar de "recursos naturales" cuando nos referimos a los seres vivos, al agua, al aire, a los suelos, a los bosques, a los páramos, a las sabanas, y a todos los demás biomas, así como a los océanos, a los peces, a los suelos, a la atmósfera. Son la vida y sus sistemas de soporte.

Pero también debemos ponernos a trabajar en forma decidida para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) en el 2030¹. De ellos,

<footnote n="1">1. Puede consultarse en https://www.un.org/sustainabledevelopment/</footnote>
<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>Figura 18. Óleo sobre lienzo del maestro Juan Cristóbal Aguilar</figcaption></figure>

el ODS 3 “Garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades”, aparece en el centro de los demás ODS porque la vida sana y el bienestar también dependen de nuestra relación con la naturaleza, tal como lo ha demostrado de manera dramática la pandemia de COVID-19. Para comenzar es necesario lograr el ODS 1 “Poner fin a la pobreza en todas sus formas en todo el mundo”. La erradicación de la pobreza y el cambio climático son dos de los más grandes retos de nuestro tiempo, y ambos se retroalimentan mutuamente, como se pone en evidencia en Colombia (Malerba, 2020). Ese bienestar al que se refiere el ODS 3 también incluye al medio ambiente y a los demás seres vivos, y en particular los ODS 13 “Adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos”, 14 “Conservar y utilizar en forma sostenible los océanos, los mares y los recursos marinos para el desarrollo sostenible”, y el 15 “Gestionar sosteniblemente los bosques, luchar contra la desertificación, detener e
invertir la degradación de las tierras y detener la pérdida de biodiversidad".
Todos los ODS son importantes para la salud del planeta (Corvalan et al., 2020). En Colombia, en particular, después del acuerdo de paz entre el Estado colombiano y las FARC, el Estado y la sociedad debemos firmar un acuerdo de paz por la naturaleza.

## Adoptar la biotecnología como el motor de desarrollo socioeconómico y ambiental de Colombia

La recomendación central del grupo de Biotecnología, Bioeconomía y Medio Ambiente de la Misión de Sabios (vols. 1 y 2) es que Colombia debe cambiar su modelo de desarrollo basado en la explotación de recursos naturales sin valor agregado, en particular combustibles fósiles, por un modelo de producción bioeconómico basado en las biotecnologías, por las siguientes razones:

- La quema de combustibles fósiles es la principal causa del calentamiento global y de todos sus impactos sociales, ambientales, económicos y ecológicos. En el corto plazo serán sometidos a fuertes cargas impositivas, por el daño ambiental que causan. En caso contrario, seguiremos financiando nuestra autodestrucción.

- Tal modelo de desarrollo propicia la destrucción y contaminación de los ecosistemas y de los sistemas de soporte a la vida y la pérdida inexorable de la extraordinaria biodiversidad del país. La deforestación es la segunda causa más importante del cambio climático. La ampliación de las fronteras agrícola, ganadera y minera han propiciado la deforestación a gran escala de los bosques colombianos.

- El capital natural de Colombia constituye su mayor riqueza ambiental y económica. Su destrucción atenta contra el desarrollo sostenible presente y futuro del país en términos ambientales, sociales y económicos.

- El desarrollo de una bioeconomía potente tiene como requisito fundamental restaurar y conservar los ecosistemas del país, de tal manera que se garantice la supervivencia de nuestra extraordinaria
biodiversidad, sin la cual no es posible pensar en la bioeconomía como base del nuevo modelo de desarrollo sostenible y con equidad que demanda Colombia.

El hecho de preservar los bosques naturales no implica quedarnos de brazos cruzados frente a la belleza natural. Además de la bioeconomía, hay grandes posibilidades en el ecoturismo, el aviturismo dado que tenemos la mayor biodiversidad del mundo. También hay gran potencial en actividades de senderismo en todos los ecosistemas, y de balsaje y kayakismo en ríos de Colombia. Además, los páramos y los bosques tropicales están llenos de tesoros por descubrir, para el desarrollo de nuevos productos y patentes, fármacos, cosméticos, compuestos químicos, nuevas moléculas, colorantes, odorizantes, saborizantes, resinas, productos genéticos, productos derivados de la bioingeniería y de la biomimética, que deberán ser aprovechados en forma sostenible con alto valor agregado. Esta es la única y, tal vez, la última esperanza para que Colombia sea una potencia mundial económica, sin destruir sus ecosistemas.

## Definir una meta nacional de deforestación cero ya y penalizar la deforestación

Colombia debe imponerse una meta de deforestación cero ya. Los compromisos hechos por Colombia en el Acuerdo de París y en otras instancias internacionales son muy tímidos y tardíos, arriesgando a perder para siempre ecosistemas y biodiversidad únicos e irremplazables. Una estrategia de colaboración público-privada puede aportar en esa dirección (Furumo y Lambin, 2020). También es urgente establecer sanciones penales, incluyendo cárcel, a quienes deforestan de manera ilícita y muy altos impuestos a los que lo hacen de manera lícita, para desincentivar dicha actividad. Además es necesario poner impuestos a la ganadería extensiva ineficiente y rentista de la tierra que propicia la deforestación. Y es esencial poner impuestos serios y permanentes a la quema de combustibles fósiles, algo que hace tiempo vienen recomendando todos los economistas serios y aun el Banco Mundial y el Fondo Monetario Internacional.
## Frenar la reforestación con monocultivos y restaurar los ecosistemas

La reforestación ha sido planteada como una estrategia en el combate contra el cambio climático y para proteger la biodiversidad. En abstracto eso es cierto, pero “el diablo está en los detalles”. Es cierto que la reforestación contribuye a enfriar la temperatura del aire (Novick y Katul, 2020; Sidder, 2020), pero la reforestación casi siempre se refiere a monocultivos que acaban con la biodiversidad. Eso hace necesario comenzar por restaurar los ecosistemas degradados con vegetación natural variada, mediante el concepto de *rewilding*, o la restitución de los ecosistemas y la biodiversidad nativas (Perino *et al.*; Pettorelli *et al.*, 2019).

## Implementar una ciencia y un sistema económico honestos con el medio ambiente

La deforestación y la degradación del medio ambiente suceden porque hay incentivos económicos para hacerlo. La economía tradicional no es honesta con el ambiente, y ya ha demostrado hasta la saciedad que fracasó en proveer bienestar y calidad de vida a la gran mayoría de la población del planeta (Piketty, 2019). Basar el crecimiento en la curva del PIB es un error profundo de base (Spash, 2020). La economía de mercado comete un grave error al valorar un bosque por el precio de su madera o por los réditos económicos que se obtienen al expandir la frontera agrícola o por una ineficiente ganadería extensiva. Debe reconocerse el verdadero valor de los ecosistemas con una política decidida de pago o compensación a las comunidades por la conservación de los servicios ecosistémicos de sus territorios. Eso exige una valoración y un pago o compensación acordes con la importancia de conservar los ecosistemas (Moros *et al.*, 2020). Esa valoración debe ser mayor que el costo de oportunidad de cualquier otra actividad extractiva o rentista de la tierra, más aún ante el enorme poder del dinero del narcotráfico. Lo que se ha hecho hasta ahora es nimio, y desincentiva a las comunidades a escoger ese camino. Hay otro error craso en la suposición de crecimiento económico infinito. En la década de 1960,
el economista K. Boulding planteaba que “quien crea que es posible un crecimiento infinito en un planeta finito, o es un loco o es un economista”. Ya se ha demostrado la invalidez de ese postulado (Svartzman et al., 2020). Solo cuando los políticos y los economistas admitan estos errores será posible cambiar la forma en la que se calcula el progreso (o retroceso) económico (Dasgupta, 2008). Para superar tales imperfecciones hay métricas como el indicador de progreso genuino o el producto ecosistémico bruto, que mide el valor monetario de los bienes y servicios ecosistémicos como la protección contra inundaciones o el suministro de agua limpia, vigente en China hace varios años. La revisión del proceso multilateral del Sistema de Cuentas Nacionales de las Naciones Unidas, agendada para el otoño del 2020, incluirá un debate sobre las métricas económicas adecuadas para integrar el bienestar y la sostenibilidad, la esperanza de vida, las emisiones de carbono y la educación. Esto es aún más urgente ante la crisis global originada por la pandemia de COVID-19, porque la salud económica depende directamente de la salud ecológica (Editorial Nature, 2020). Esa nueva economía (ciencia y sistema económico) ya están en marcha. Los beneficios exceden a los costos en varios órdenes de magnitud. Hay ejemplos como la Comisión Global sobre la Economía y el Clima<fnref n="2" />, una iniciativa internacional para examinar cómo se puede lograr un buen desempeño económico y reducir los riesgos por el cambio climático. El Plan B para Salvar la Tierra también es sensato y factible (Brown, 2009), así como las recomendaciones de Barmes y Boait (2020) para abandonar el paradigma del crecimiento del PIB con el propósito de proteger el bienestar y evitar el desastre ecológico.

## Avanzar en el desarrollo e implementación de la jurisprudencia ambiental

Vivir en condiciones dignas y en un medio ambiente sano es un derecho constitucional, además de ser parte fundamental de los ODS. Ante los problemas ecológicos, la degradación ambiental, la depredación del planeta,

<footnote n="2">2 Puede consultarse en http://newclimateeconomy.net/</footnote>
la alteración traumática de los ecosistemas, el calentamiento global, el envenenamiento de aire, el agua, los suelos y los alimentos, se impone una nueva actitud ética de nuestra relación con la naturaleza. De allí ha surgido la jurisprudencia ambiental (Martin y Kennedy, 2015). El avance de esta disciplina en Colombia permite ser optimista. En abril del 2018, la Corte Suprema de Justicia reconoció a la Amazonia colombiana como “entidad ‘sujeto de derechos’, titular de la protección, de la conservación, mantenimiento y restauración a cargo del Estado y las entidades territoriales que la integran”. La sentencia le ordenó al presidente y a las demás autoridades adoptar un plan de acción para proteger a la Amazonia colombiana. En el 2016 la Corte Constitucional había reconocido al río Atrato (Chocó) como una entidad sujeta de derechos, amparando los derechos fundamentales a la vida, a la salud, al agua, a la seguridad alimentaria, al medio ambiente sano, a la cultura y al territorio de las comunidades étnicas (negras e indígenas) que habitan la cuenca del río Atrato y sus afluentes, que vienen siendo víctimas de la explotación minera ilegal en el departamento de Chocó.

Otras decisiones de altas cortes y jueces han reconocido a varios ríos de Colombia como entidades sujetas de derechos, tales como los ríos Magdalena, Cauca, Combeima, Cocora, Coello, Otún y Pance, así como al Páramo de Pisba. Colombia ha avanzado en la creación de una jurisprudencia ambiental inteligente y pertinente, pero hasta ahora todo está en el papel. Los jueces y la sociedad civil deberán exigir el cumplimiento de las decisiones judiciales en los territorios.

## Exigir a los gobernantes y a los decisores un compromiso serio para resolver las crisis ambiental y climática

Como ciudadanos tenemos el deber de elegir bien a nuestros representantes en los distintos organismos e instancias de los poderes ejecutivos y legislativos a nivel nacional, departamental y municipal. Esto incluye usar el voto como herramienta de presión para que se incorpore lo ambiental en la discusión y procesos políticos, pero es aún más necesario que les exijamos a los políticos y decisores que nos rindan cuentas sobre
los temas relevantes y urgentes. Esa presión ciudadana es fundamental. La participación de adolescentes y jóvenes en ese compromiso ciudadano ha sido admirable. Los adultos debemos estar avergonzados por no haber enfrentado de manera decidida este descomunal reto y descargar nuestra responsabilidad sobre los hombros de jóvenes y adolescentes como Greta Thunberg.

## Tener presente que está en juego un tema de equidad intergeneracional

¿Qué planeta y qué mundo les vamos a dejar a nuestros descendientes? Cuando nos planteamos esa pregunta se consigue entender las crisis ambiental y climática como un tema de equidad intergeneracional (Taylor, 2013). Debemos enfocarnos en que nuestros descendientes vivan una vida digna con calidad y bienestar, y en armonía con la naturaleza, no como nuestra generación. Uno de los objetivos de las declaratorias de varios ríos como sujetos de derechos en Colombia no es solo proteger a la entidad natural “sino a las presentes y futuras generaciones de colombianos cuya existencia física, cultural y espiritual también depende del buen estado del río y de los recursos naturales en general”, como dice la Corte Constitucional en relación con el río Atrato.

## Involucrar el conocimiento ancestral en la discusión y en la pedagogía ambiental

Las comunidades indígenas de la región tropical de Suramérica han vivido en armonía con el medio ambiente por milenios. El conocimiento que han acumulado y transmitido a sus descendientes sobre el funcionamiento de los procesos naturales, ecosistémicos y ambientales es un acervo cultural muy importante, que debe ser aprovechado para contribuir a la solución de las crisis climática y ambiental, y para la enseñanza de las ciencias ambientales (Córdoba Vargas et al., 2019).

Para citar algunos ejemplos, nos remitimos al trabajo de Hernández (2013) sobre la dinámica de las aguas y los peces en los ríos y los humedales
del centro de la Amazonia colombiana. Allí se consignan diversos gráficos sobre las transformaciones estacionales de los cuerpos de agua y de las orillas durante los ciclos hidrológicos anuales y estacionales, y las dinámicas de las distintas poblaciones de peces, con anotaciones sobre las relaciones con sus depredadores. Otro trabajo es el de Matapí y Yucuna (2012) sobre la cartografía ancestral yucuna-matapí.

## Agradecimientos

Agradezco a la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, y en especial a la Facultad de Minas y al Departamento de Geociencias y Medio Ambiente, por el apoyo a mis investigaciones y a mi participación en la Misión Internacional de Sabios 2019. Agradezco el uso de los datos y la imaginería satelital de Global Forest Watch, así como de Lance Firms operados por la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA), Earth Science Data and Information System (ESDIS) con apoyo de NASA Headquarters. MAAP es un proyecto de la organización Amazon Conservation. También agradezco el uso de datos de satélite de la aplicación NASA Firms<fnref n="3" /> operado por el proyecto NASA/Goddard Space Flight Center Earth Science Data and Information System (ESDIS).

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Diversidad
microbiana:

desafíos y retos
para la bioeconomía
en Colombia

Sandra Baena Garzón
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La hermosa metáfora de “el árbol de la vida” que se conoce desde Charles Darwin, el padre de la teoría evolutiva, muestra que todos los seres vivos estamos conectados a través de nuestros ancestros comunes, y este vínculo también se refleja en nuestra interdependencia para la sostenibilidad del planeta. Por supuesto, esto incluye a los microorganismos, aquellos organismos unicelulares microscópicos que muchas veces se asocian con enfermedades y pandemias, pero de su vasta diversidad, menos del 5% es perjudicial para el resto de los seres vivos (Sikorski, 2015). Los microorganismos han sido fundamentales para abastecer de oxígeno a los océanos y la atmósfera, facilitando las condiciones que permitieron la evolución de organismos multicelulares (Reinold et al., 2019). Además, por su ubicuidad, diversidad y principalmente por su papel dominante en los ciclos biogeoquímicos, el ciclaje de nutrientes y la degradación y transformación de los desechos contaminantes, estos organismos tienen un papel esencial en el mantenimiento de la vida sobre la tierra (Pace, 2018). En este contexto, valdría la pena preguntarse ¿Qué tienen que ver los microorganismos con la bioeconomía?

Si la bioeconomía busca la producción, la utilización y la conservación de los recursos biológicos para generar productos, procesos y servicios en todos los sectores económicos y en un contexto de economía sostenible (GBS, 2018), efectivamente esta tiene mucho que ver con los microorganismos. La humanidad enfrenta desafíos importantes como el acceso equitativo
a la alimentación, al abastecimiento de agua potable, a la atención mé-
dica, educación, energía y materias primas y al mismo tiempo enfrenta
índices persistentes de pobreza y pérdida de tierras cultivables ocasionadas
por el aumento del nivel del mar causado por el calentamiento global y
la desertificación. Sobre estos desafíos se han construido los Objetivos de
Desarrollo Sostenible (ODS) (SDGS. United Nations, 2015) dentro de un
plan de acción que busca satisfacer estas necesidades de manera sostenible.
Ahora, los procesos biotecnológicos basados en el aprovechamiento de los
microorganismos pueden contribuir de forma significativa al logro de
estos ODS, como los relacionados con la salud y el bienestar, el agua limpia
y el saneamiento, la energía asequible y no contaminante, la acción por
el clima, entre otros. Como se verá más adelante, la bioeconomía desde
la perspectiva de los ODS, también tiene una estrecha relación con los
microorganismos por las interacciones de estos con todas las actividades
humanas y con su papel en el sostenimiento de la biosfera.

El informe de la Misión Internacional de Sabios 2019 (Colombia hacia una sociedad del conocimiento, 2019) plantea tres grandes retos, y aquí vale la pena resaltar el primero: *Colombia biodiversa*. Este propone "identificar, conocer, documentar y aprovechar la diversidad cultural y natural del país para impulsar la bioeconomía y la economía creativa", para que el país cimiente su economía en el conocimiento de sus recursos biológicos e identifique productos y procesos de valor agregado para desarrollar un modelo económico sostenible que no dependa exclusivamente de la explotación de recursos no renovables y de productos agrícolas primarios. En este reto se identifica una clara oportunidad de aprovechamiento de la diversidad microbiana para contribuir con el desarrollo de la bioeconomía.

¿Cómo podría contribuir la diversidad microbiana? En las últimas
décadas el papel de los microorganismos y sus interacciones ha tomado
mayor fuerza desde una perspectiva ecológica: los microorganismos forman
comunidades que habitan sobre y dentro de macroorganismos, animales
y plantas, interactuando con sus hospederos para regular procesos me-
tabólicos esenciales y constituyendo barreras dinámicas y ecofisiológicas
que aumentan las funciones de barreras física y química y minimizan por
ejemplo el ataque de patógenos. Este es el caso de la microbiota humana, ese
extenso conjunto de miles de millones de células microbianas simbióticas que alberga cada persona, y del microbioma humano que está formado por los genes que alojan estas células (Ursell, Metcalf, Parfrey y Knight, 2012). Además, las interacciones microbianas pueden involucrar un conjunto diverso de mecanismos, dependencias y propiedades dinámicas que generan productos útiles como antibióticos o vitaminas y procesos y servicios ecosistémicos como la descomposición de desechos (Pacheco y Segrè, 2019). Como bien menciona Timmis et al. (2019), en su llamado a la alfabetización de la sociedad sobre el papel de los microorganismos en la biosfera, las actividades de los microorganismos tienen efectos generalmente positivos en el funcionamiento de esta y, por lo tanto, en la salud y el bienestar de todo el mundo biológico.

El efecto positivo de los microorganismos se refleja en diferentes sectores, por ejemplo, en el sector agrícola, donde la asociación entre plantas y microorganismos facilita la adquisición de nutrientes esenciales como el nitrógeno, además son los microorganismos los únicos seres vivos capaces de capturar el nitrógeno de la atmósfera e incorporarlo en las cadenas tróficas. Sin esta acción microbiana no habría sido posible alcanzar la suficiente producción de biomasa vegetal (productores primarios) para la proliferación y evolución de los consumidores (animales). Asimismo, cuando los microorganismos están en interacción con las plantas contribuyen a la respuesta de defensa de estas contra patógenos y producen también moléculas denominadas *metabolitos secundarios* que son similares a las hormonas que promueven el crecimiento de las plantas Timmis et al. (2019). Estos metabolitos secundarios también pueden ser tóxicos para los animales, contribuyendo así con mecanismos de defensa de las plantas contra sus depredadores.

Dentro de los metabolitos secundarios más conocidos que son producidos por microorganismos se encuentran los antibióticos sintetizados por hongos y bacterias, los antioxidantes que tienen aplicaciones en salud humana y sirven también para preservar alimentos, entre otras muchas funciones, los biosurfactantes, útiles para la biorremediación de la contaminación producida por derrames de petróleo, los pigmentos usados en industria cosmética y de alimentos, entre otros.
Estos ejemplos muestran que los microorganismos han sido usados a lo largo de la historia humana para obtener beneficios de los procesos que ellos llevan a cabo y beneficio de las moléculas que producen. La producción de alimentos y bebidas se hace explotando los procesos metabólicos de diferentes tipos de microorganismos, basta pensar en productos como el vino, la cerveza o los productos lácteos fermentados. Pero además son usados para degradar desechos industriales y domésticos de forma eficiente y así también contribuir a la depuración de las aguas contaminadas.

El aprovechamiento de la diversidad microbiana para estos fines requiere entonces de un mayor conocimiento de los procesos metabólicos de los microorganismos y de la dependencia metabólica que gobierna las interacciones biológicas en los ecosistemas. Por ejemplo, la degradación de contaminantes orgánicos puede darse utilizando microorganismos anaerobios y el resultado final es la producción de gas metano, que es un gas de efecto invernadero, pero que, por otra parte, puede ser aprovechado para la generación de energía debido a su alto poder calorífico. El aprovechamiento del gas metano en sistemas controlados ha sido posible gracias al desarrollo de conocimiento cada vez más certero del metabolismo de las comunidades microbianas implicadas. Es el caso del reciente estudio de los investigadores del Departamento de Ingeniería Ambiental de la Universidad Técnica de Dinamarca, donde utilizando estrategias metagenómicas y transcriptómicas identificaron comunidades microbianas desconocidas y dilucidaron su actividad metabólica (Zhu, 2020). Este estudio amplía el conocimiento sobre las interacciones y dependencias metabólicas microbianas en sistemas anaerobios, sobre las cuales recae la eficiencia de degradación de contaminantes en los sistemas de tratamiento de aguas residuales; este nuevo conocimiento se traduce en la optimización y aumento de la eficiencia de dichos sistemas, con el consecuente beneficio para el medio ambiente y para todos los seres vivos.

Uno de los grandes desafíos que la humanidad afronta actualmente es el cambio climático, pero cuando se habla de su evaluación, no es usual pensar en los microorganismos. En septiembre del 2019, un grupo de destacados científicos publicó una declaración de consenso, en la que señalaban que era necesario incluir a los microorganismos y los procesos
microbianos dentro de las evaluaciones del cambio climático (Cavicchioli, 2019). Son los microorganismos los que mueven los ciclos biogeoquímicos de los elementos en los océanos y en los continentes y al desconocer la importancia de los procesos microbianos “se limita esencialmente la comprensión de la biosfera de la tierra y la respuesta al cambio climático y, por lo tanto, se ponen en peligro los esfuerzos para crear un futuro ambientalmente sostenible” (Marx, 2020). Cavicchioli et al. (2019) proponen construir observatorios oceánicos usando herramientas modernas de estudio de microorganismos (bacterias, arqueas, fitoplancton, zooplancton y hongos) para entender cómo estos afectan el clima y cómo el clima los afecta a ellos, para comprender esta dinámica de manera consistente y a largo plazo. Pero el alcance de estos observatorios va más allá, se busca también identificar si los microorganismos pueden contribuir a mitigar el cambio climático.

Un elemento importante para aprovechar la diversidad microbiana en la bioeconomía es la interacción entre científicos y empresarios para desarrollar emprendimientos basados en el conocimiento que impliquen aplicaciones que aporten soluciones a los grandes retos que afronta la humanidad y promuevan un cambio social y cultural dentro de un contexto de desarrollo sostenible. El desarrollo de emprendimientos basados en la explotación del potencial de los microorganismos requiere un largo camino, que pasa de la investigación básica en la que se produce el conocimiento, a pruebas de principio y de la investigación aplicada a pruebas de concepto en las que se define la factibilidad de un desarrollo tecnológico, que constituye la parte crucial, para continuar con una futura aplicación. Este proceso necesita un entorno favorable para la generación de conocimiento básico, para el fortalecimiento de laboratorios de investigación con tecnología de vanguardia, para la implementación de centros de desarrollo tecnológico, de unidades de I + D + i, de start-ups o spin-off, teniendo presente que el aprovechamiento de la biodiversidad no se hace de la noche a la mañana ni se traduce automáticamente en actividades comerciales: el aprovechamiento de la biodiversidad microbiana, como del resto de la biodiversidad en un contexto sostenible, precisa incentivos reales y sólidos de políticas nacionales de educación, de formación y desarrollo científico para convertir el conocimiento en motor de desarrollo hacia una bioeconomía sostenible.
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# Aportes al desarrollo económico de Colombia:
biodiversidad marina, nuestro tesoro azul

Carmenza Duque Beltrán
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## Contexto y enfoque

Los océanos representan aproximadamente el 70% de la superficie de la tierra con una inmensa cantidad de recursos aprovechables, pero es su biodiversidad (fauna, flora y microorganismos) la que los ha llevado a convertirse en objetivo de estudio prioritario de muchos investigadores científicos, quienes poco a poco han ido estableciendo desde la ciencia cómo estos pueden ser conocidos y aprovechados sustentablemente en bienes y servicios de los países. Por ejemplo, son fuente de muchas especies únicas, resultado de millones de años de evolución y de condiciones de vida muy diferentes a las que se encuentran en los territorios terrestres. La biota marina mundial (232 997 especies) reportada en el 2019 en el World Register of Marine Species<fnref n="1" />, con 97% de ellas verificadas (de acuerdo con el trabajo de los científicos, se añaden aproximadamente unas 2000 especies por año), ha vivido desde sus inicios bajo un amplio rango de presiones (desde 1 a 1000 atmósferas), en diferentes condiciones de luz (completa iluminación hasta zonas de oscuridad total), con amplios rangos de temperatura desde -1 °C hasta 350 °C y en zonas con exceso o con muy pocos nutrientes. Sin embargo, las cifras que se acaban de mencionar representan solo la biodiversidad marina conocida, una pequeña fracción de las especies existentes. Los variados cálculos usados para predecir la biota marina actualmente existente la colocan en valores entre el 91-99% de lo hasta ahora reportado, es decir, en promedio los territorios marinos

<footnote n="1">1. Puede consultarse en https://www.un.org/depts/los/global-reporting/WOA_RegProcess.htm, http://www.marinespecies.org/y/https://oceanservice.noaa.gov/facts/ocean-species.html</footnote>
tendrían unos 2,2 millones de especies (Mora et al., 2011). Así, sin duda
es inmenso el universo de conocimiento que aún se tiene por delante para
explorar. Es también tan grande su importancia que actualmente se le
dedica el objetivo de desarrollo sostenible 14, de la Agenda Mundial 2030
para el Desarrollo "Conservar y utilizar en forma sostenible los océanos,
los mares y los recursos marinos".

Es consenso entre los científicos que la importancia del estudio de las
especies marinas (sin hacer referencia a aquellas que han sido fuente de
alimento para el hombre, desde hace innumerables años), radica en que ellas
tienen una extraordinaria habilidad para producir una inmensa cantidad de
compuestos químicos comúnmente llamados "productos naturales marinos
o compuestos naturales marinos", con estructuras químicas únicas, correla-
cionadas con importantes actividades biológicas que en muchos casos han
servido de base para importantes desarrollos de drogas o con propiedades
que han permitido la creación de productos útiles en la industria.

Aunque la historia de los compuestos químicos de origen marino
(productos naturales marinos) aprovechables por el hombre empezó en el
año 1600 a. C. con el descubrimiento y posterior comercialización por los
fenicios del colorante púrpura tirio, solo fue hasta el siglo pasado cuando
se empezaron a conocer compuestos como agar, carragenina, vitaminas A
y D y ácidos grasos insaturados de algas y peces, iluminando por primera
vez el camino potencial de mercados que inclusive en la actualidad se han
convertido en pilares de la economía de algunos países desarrollados. Así,
a manera de historia corta (Duque et al., 2018) contada desde mediados
del siglo xx, vale la pena mencionar que fue a comienzos de la década de
los cincuenta cuando la comunidad científica desveló a la espongouridi-
na y la espongotimidina aisladas de la esponja del Caribe Tethia cripta,
como sustancias con actividad biológica aprovechable, las cuales más
tarde fueron transformadas químicamente en vidarabina y citarabina,
respectivamente, y aprobadas, la primera como agente anticáncer en 1969
y la segunda como antiviral en 1976. En la década de los setenta, luego
del hallazgo de las prostaglandinas, se inició la carrera científica formal
hacia el descubrimiento de un buen número de medicinas y productos
industriales de origen marino. Al mismo tiempo, el desarrollo de nuevas
técnicas de recolección de organismos y de novedosas técnicas de alta
eficiencia y rapidez de análisis químico y actividad biológica, así como la
aparición de las “ómicas” (genómica, proteómica, metabolómica, trans-
criptómica), las recientes aproximaciones de la minería genómica y el uso
de la biología molecular y la biotecnología en el campo de la ingeniería,
han permitido que hoy en día se disponga de aproximadamente 25.000
compuestos marinos de estructura novedosa y con muchas actividades
biológicas con los cuales ha sido posible la obtención de nuevas drogas y
compuestos industriales aprovechables. Entre los compuestos encontrados
o derivados sintéticos inspirados en ellos se encuentra que una veintena
ha sido convertida en los últimos setenta años en productos comerciales.
Algunos ejemplos para destacar son los siguientes (Duque et al., 2018;
Lindequist, 2016): citarabina (CytosarU™, Depocyt™), trabectedina
(Yondelis™), tetrahidroisoquinolina, mesilato de eribulina (Halaven™),
brentuximav vedotina (Adcetris™), plitidepsina (Aplidin™), drogas usadas
en el tratamiento del cáncer; ziconotide (Prialt™) potente analgésico;
mezclas de ésteres etílicos de ácidos grasos omega-3 (Lovaza™) usadas en
tratamientos de hipertrigliceridemia; extractos crudos de plumas de mar
(Resilience™) usadas en cremas cosméticas antiinflamatorias y antisolares;
Taq polimerasa, proteína verde flouroscente (GFP por su sigla en inglés), el
alcaloide tetrodotoxina, ácido okadaico, palitoxina, entre otros compues-
tos usados para investigación básica. A esta lista vale la pena agregar el
inmenso número de compuestos que están en la cola (pipe line en inglés)
pendientes de ser desarrollados que se encuentran en fase clínica, preclínica
y fases más tempranas de desarrollo como drogas aún en los laboratorios
de investigación y aquellos que se encuentran en numerosos desarrollos
industriales para ser usados en casos de descontaminación, en agricultura
(pesticidas, fungicidas, herbicidas, fertilizantes), entre otros.
## Tesoro azul de Colombia

En los territorios marinos de Colombia representados principalmente por el mar Caribe y por el océano Pacífico, con 928 660 km<fnref n="2" /> (44% del territorio total), se registran 51 330 especies<fnref n="2" /> (figura 1), mostrando al país como uno de los de mayor biodiversidad marina en Sudamérica.

Estas cifras y las investigaciones hechas en los organismos marinos de otras latitudes y reportadas en la literatura científica, como se menciona en la primera parte de este escrito, sirvieron de base para el inicio en Colombia de investigaciones teniendo como principal objetivo el aporte al conocimiento de la química de los organismos marinos del país y al desarrollo de productos que pudieran, con el tiempo, constituirse en la base de una infraestructura sólida que soporte la futura bioeconomía sostenible del país. Fue así como a mediados de la década de los ochenta el grupo pionero multidisciplinario denominado Estudio y Aprovechamiento de Productos Naturales Marinos y Frutas de Colombia, de la Universidad Nacional de Colombia, inicia trabajos en este tema.

A medida que se fueron realizando adelantos en esta línea de investigación se fue descubriendo el inmenso arsenal de compuestos químicos presentes en muchas de las especies del Caribe colombiano y las muchas maneras de utilizarlos sin olvidar la sostenibilidad ambiental. Cada día un nuevo adelanto, un nuevo compuesto (estructura química novedosa), una nueva actividad biológica detectada y un nuevo uso previsto, fueron haciendo posible la acumulación del conocimiento científico que sirve de base para proyectar estos compuestos naturales en un mundo comercial. De esta forma, se ha llegado al punto en el cual, así como nuestras zonas terrestres tienen a El Dorado como fuente de riqueza no renovable, nuestros mares tienen una fuente inigualable y renovable de biodiversidad, denominada hoy "el tesoro azul de Colombia". La figura 2 muestra los posibles sectores

<footnote n="2">2 Puede consultarse en https://sibcolombia.net/biodiversidad-en-cifras-2019/; http://www.humboldt.org.co/es/boletines-y-comunicados/item/1087-biodiversidad-colombiana-numero-tener-en-cuenta</footnote>
en los cuales pueden insertarse en Colombia los bioproductos que están obteniendo los investigadores colombianos y que están mostrando un gran potencial comercial, como sucede en países desarrollados en sectores tales como el médico y farmacéutico, el ambiental, el industrial, el de alimentos y nutrición, el de agricultura, en la investigación básica, moviendo cantidades del orden de varios miles de millones de dólares por sector.

<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>**Figura 1. Biodiversidad marina en Colombia**
Fuente: Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible</figcaption></figure>

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>**Figura 2. Sectores de aplicación de los productos naturales marinos**
Fuente: elaboración propia</figcaption></figure>
La metodología científica que poco a poco se fue construyendo desde el grupo de la Universidad Nacional de Colombia se presenta en la figura 3. Luego, esta fue adoptada por los grupos generados a partir del grupo madre de la Universidad Nacional de Colombia, en las universidades de Antioquia, Córdoba, Jorge Tadeo Lozano y La Sabana, para realizar la titánica tarea de estudiar, comprender y usar sosteniblemente el tesoro azul de Colombia para la conversión de los compuestos naturales marinos en bioproductos útiles en la economía colombiana. Hoy en día, estos cinco grupos de investigación, según el balance más reciente realizado (Bautista, 2017), han aislado e identificado 1560 compuestos naturales marinos particularmente a partir de algas, invertebrados marinos y microorganismos, 224 con estructura química novedosa y unos 20-30 con actividades biológicas que los colocarían en fases avanzadas de desarrollo, si se pudiera lograr en el país la sinergia resultante de alianzas con la industria farmacéutica o con otra clase de industrias, antes de su licenciamiento en la ruta de investigación mostrada en la figura 3. Una vez definida la estructura química de los compuestos y su posible uso medicinal o industrial en cualquier otro de los sectores mencionados, deben seguirse los procesos de obtención de estos bioproductos en laboratorio, planta piloto y a nivel industrial o biotecnológico, previa definición de la materia prima que se va a usar para garantizar la producción de manera sostenible y sustentable. En caso de producción de medicamentos, habrá que seguir también los procesos de experimentación en animales y en humanos. Además, es necesario establecer la propiedad intelectual del proceso o del bioproducto. Por último, el bioproducto quedará listo para su comercialización y venta.

En cuanto a recurso humano formado, son innumerables los estu-
diantes de pregrado, maestría y doctorado que recibieron y están recibiendo
su formación en este campo. También, es importante considerar la in-
fraestructura física establecida, instrumentación sofisticada y laboratorios,
luego del camino recorrido.
<figure><img src="image_48.png" /><figcaption>Figura 3. Ruta de investigación en productos naturales marinos en Colombia, hacia una bioeconomía sostenible</figcaption></figure>

Fuente: elaboración propia
## Bioproductos con mayor proyección como soportes en bioeconomía en el país

A continuación, se mencionan algunos de los casos más relevantes que involucran bioproductos marinos obtenidos por los grupos de investigación colombianos en los últimos treinta años.

### En el sector médico y farmacéutico

Los estudios en Colombia hechos por el grupo de la Universidad Nacional de Colombia han mostrado que la mayoría de los compuestos bioactivos marinos obtenidos han tenido como fuente principalmente a los corales y a las esponjas. El octocoral *Antillogorgia elisabethae*, que crece en el ar-chipiélago de San Andrés y Providencia, ha sido una fuente muy apreciada de diterpenos tipo pseudopterosinas y *seco*-pseudopterosinas (figura 4, compuestos 1-10), con actividades antiinflamatoria, citotóxica y antimicrobiana (Duque *et al.*, 2004; Correa *et al.*, 2009; Correa *et al.*, 2011a). Las PsG, PsK, PsP, PsQ, PsS, PsT, PsU y *seco*-PsK tienen acción más potente que la indometacina, droga comercial comúnmente usada para tratar la inflamación. En cuanto a la citotoxicidad, los compuestos PsG, PsP, PsQ, PsS, PsT, PsU, 3-O-acetil-PsU y *seco*-PsK mostraron actividad moderada y no selectiva contra células humanas cancerígenas, y las PsG, PsU, PsQ, PsS y *seco*-PsK mostraron actividad antimicrobiana selectiva contra bacterias gram-positivas con una potencia comparable con la conocida droga de referencia vancomicina. Teniendo en cuenta estos resultados y para avanzar en el desarrollo de bioproductos, se iniciaron las investigaciones para la obtención en forma sostenible de estos compuestos usando la síntesis química. Sin embargo, pronto se abandonó esa posibilidad debido a la complejidad de las estructuras químicas de estos compuestos y a que las vías conocidas para hacerlo no eran económicamente rentables. Siguiendo
con la línea de este trabajo, los investigadores propusieron la hipótesis de que estos compuestos pudieran estar siendo producidos por los simbiontes del octocoral. Con estas ideas en mente se avanzó en la búsqueda de las bacterias simbiontes cultivables y su posterior incubación e identificación de sus productos metabólicos (Correa et al., 2011b). Infortunadamente, entre los productos de incubación de estas bacterias no se logró la deteción de las pseudopterosinas ni de las *seco*-pseudopterosinas. Así, a pesar de los esfuerzos, aún no se ha podido llegar a la selección de una síntesis química viable, o en su defecto la del farmacóforo involucrado en su acción biológica. La búsqueda hoy en día continúa con la esperanza de posibilitar el uso en un futuro de estos nuevos compuestos en medicamentos o en cremas cosméticas con propiedades antiinflamatorias y antimicrobianas. Recientemente, se reportó en Canadá el uso de estas sustancias como anticancerígenas (Sperlich et al., 2017).

Un segundo caso que vale la pena mencionar son los estudios hechos también por el grupo de la Universidad Nacional en el compuesto (+)-discodérmolido (figura 4, compuesto 11) aislado por primera vez en 1990, por el Harbor Branch Oceanographic Institute (HBOI) de la esponja del Caribe *Discodermia dissoluta* en la isla Gran Bahama. Este compuesto fue licenciado a la empresa Novartis Pharma y protegido en 1998 con la patente US 5840.750 para su uso como medicamento anticancerígeno en pacientes humanos que sufren de tumores sólidos. Luego del descubrimiento de la presencia de la esponja a 10 m de profundidad en la zona de Santa Marta, los investigadores de la Universidad Nacional, Invemar y HBOI idearon el cultivo de este organismo en la bahía de Santa Marta como una posible fuente sustentable del compuesto activo (Ruiz et al., 2013). Aunque sus resultados fueron sorprendentes, las esponjas cultivadas crecieron y aumentaron la tasa de producción del discodermólido, esta producción no fue lo suficientemente alta para sustentar su producción comercial. Los trabajos continúan, esta vez ensayando cultivos celulares que permitan aumentar su producción.

Otro caso importante de bioprospección de productos naturales marinos en el país ha sido el aislamiento de diterpenos de tipo dolabellano (figura 4, compuestos 12-19) de algunos octocorales del género *Eunicea*.
Estudios hechos en la Universidad Nacional de Colombia permitieron obtener derivados semisintéticos de este tipo de compuestos y establecer su actividad (de naturales y semisintéticos) contra los virus zika (ZIKV) y chikunguña (CHIKV) (Amaya, 2016). En general, se encontró que la adición de grupos oxigenados contribuyó a mejorar la bioactividad de los diterpenos de dolabellano y dolastano de la replicación de ZIKV y CHIKV. El compuesto 13 mostró una CE50 = 0,92 ± 0,08 y SI = 814 contra ZIKV, mientras que el compuesto 17 mostró una CE50 = 0,71 ± 0,03 y SI = 1464 contra CHIKV. Lo que los hace excelentes candidatos para continuar con los estudios in vivo. También se han desarrollado estudios de estos compuestos contra el-VIH-1 (Pardo et al., 2014) y se ha encontrado que la oxidación sobre los compuestos naturales puede llevar una mejora significativa en la potencia anti-VIH-1 (de hasta 100 veces), siendo los compuestos 18 y 19 los más activos. Sus altas actividades antivirales, junto con su baja citotoxicidad, los hacen compuestos antivirales muy valiosos que vale la pena desarrollar en el país en el sector salud.

Las esponjas del Golfo de Urabá han sido los organismos más estudiados por el grupo de la Universidad de Antioquia<fnref n="3" /> (Martínez, 2020), de ellas se han aislado importantes sustancias que pueden ser usadas como futuros medicamentos en enfermedades tales como la leishmaniasis y la tuberculosis. Sin embargo, como sucede en casi todos los casos de aprovechamiento de la biodiversidad, se hizo necesaria su obtención sustentable usando derivados vía síntesis química para obtener cantidades a mayor escala que han permitido continuar con los estudios de prospección y su posterior conversión en otros derivados con mayor o con diferente actividad a la reportada inicialmente. Es el caso del T5 epidioxi-esterol-ANB (sintetizado a partir de un epidioxisterol), y de otros derivados que presentaron importantes actividades anticancerígena, antiparasitaria y antituberculosa. También se han obtenido compuestos halogenados con resultados interesantes en cuanto a su actividad antiparasitaria. Estos estudios han llevado a desarrollar métodos de síntesis química para obtener derivados de la uridina, en mayores cantidades de lo que se encuentra en las fuentes

<footnote n="3">³ A. Martínez (2020, comunicación personal).</footnote>
naturales y para preparar nuevos derivados con actividades patentadas para ser usadas contra diferentes tipos de cáncer. Algunas de estas sustancias se están evaluando en cuanto a sus procesos de interacción con modelos de membranas, con el fin de conocer más sobre su potencial biomédico. Asimismo, es importante mencionar que se han realizado varios trabajos con sustancias con potencial antileucémico obtenidas de macroalgas colombianas. Algunos de los estudios también en este grupo, muestran que las microalgas son fuente importante de sustancias útiles para la elaboración potencial de cosméticos antienvejecimiento. Esto sugiere la necesidad de más estudios para el cultivo y aprovechamiento racional de esta fuente tan interesante de sustancias útiles para el desarrollo de nuevos productos.

## En el sector de alimentos y nutrición

Los estudios en macroalgas que crecen en el Caribe colombiano realizados de manera independiente por los grupos de la Universidad de Antioquia y de la Universidad Jorge Tadeo Lozano han aportado el soporte científico necesario para que estas puedan ser consideradas fuente de alimentos de alto contenido nutricional y transformadas en productos nutracéuticos debido a su contenido de ácidos grasos poliinsaturados y sustancias antioxidantes, en muchos casos, en mayor cantidad a la reportada en especies similares de otras latitudes. El grupo de la Universidad Jorge Tadeo Lozano ha incursionado en el aislamiento e identificación a partir del alga roja Hypnea musciformis de dos sustancias tipo polifenólico (–) epicatequina y floretina) (Rozo et al., 2019) cuyo potencial para prevenir el daño oxidativo de proteínas de baja densidad humanas hacen que esta fuente vegetal marina pueda ser considerada excelente candidata para la fabricación de alimentos funcionales.

## En el sector agrícola

Las enfermedades generadas por agentes fitopatógenos han sido catalogadas como uno de los principales problemas en la producción agrícola. Para controlar los efectos que pueden generan estas enfermedades, los
agricultores han optado por el uso indiscriminado de plaguicidas, lo que ha generado resistencia en los microorganismos patógenos y contaminación en el ambiente. Por esta razón, se han implementado estrategias que busquen disminuir las pérdidas causadas por los fitopatógenos y a su vez reduzcan el impacto en el ambiente. Una de estas aproximaciones es el uso de microorganismos que puedan actuar como controladores del patógeno, disminuyendo así el impacto que puede generar el uso de los plaguicidas.

En la búsqueda de agentes útiles de biocontrol, el grupo de la Universidad Nacional usando 24 actinobacterias de su colección de microorganismos marinos aislados del Caribe colombiano demostró que estas bacterias son una fuente excelente de actividad antimicrobiana contra *Burkholderia glumae*, *B. gladioli* y *B. plantarii*, bacterias fitopatógenas aisladas de cultivos de arroz, contra los hongos *Fusarium oxysporum* f. sp. *dianthi* (cepa patógena de clavel), contra *Colletotrichum gloeosporioides* (cepa patógena del *ñame*), y muy buena actividad *quorum quenching* empleando el biosensor *Chromobacterium violaceum* ATCC 31532 (Amaya et al., 2017). Continuando con los estudios, los autores lograron integrar la información taxonómica, la bioactividad y el perfil metabólico HPLC-MS de los extractos de las actinobacterias mencionadas, particularmente a partir de *Streptomyces* spp. (Betancur et al., 2019) para aislar dos nuevos ciclotetrapéptidos activos denominados Provipéptidos A y B, *ciclo*-(*L*-Pro-*L*-Leu-*D*-Pro-*L*-Phe) y *ciclo*-(*-Pro*-Ile-*Pro*-Phe), respectivamente y cinco cetopiperacinas conocidas como urauchimicina, deisovalerilblastimicina, antimicina A6a, 2-metil-*N*-(*-2'-feniletil*)-butanamida y la 3-metil-*N*-(*-2'-feniletil*)-butanamida, compuestos que mostraron también excelente actividad contra las plagas agrícolas mencionadas. Estos bioproductos están listos para ser usados en el desarrollo de procesos de base biotecnológica aplicando bien el microorganismo fuente de ellos o los compuestos mismos directamente en el control de plagas agrícolas. Los dos ciclopéptidos fueron también inhibitorios de *C. gloeosporioides* (patógeno del *ñame*) a concentraciones de 1,1 mM. Además, se encontraron cuatro nuevos compuestos denominados lilacininas A-D aislados del hongo marino *Purpureocillium lilacinum* PNM-67, con actividad contra las mencionadas bacterias patógenas del arroz.
Finalmente, vale la pena mencionar que la kappa carragenina extraída de algunas macroalgas del Caribe colombiano (Santamaría et al., 2019), podrá ser usada según los estudios del grupo de la Universidad Jorge Tadeo Lozano, en la preparación de hidrogeles base para la elaboración de materiales encapsulantes de fertilizantes, los cuales permiten un flujo controlado de nutrientes N, P, K en cultivos comerciales tales como el de la papa criolla.

## En el sector industrial

Respecto a los estudios realizados también en octocorales, particularmente en *Eunicea knighti* y *Pseudoplexaura flagellosa*, los investigadores del grupo de la Universidad Nacional, buscando compuestos con propiedades anti-fouling (antibioincrustantes), lograron el aislamiento y la determinación estructural completa de 16 diterpenos naturales tipo cembrano (Tello et al., 2013; Duque et al., 2018). Paso seguido, en investigaciones posteriores, con los compuestos naturales y cerca de 40 compuestos hemisintéticos preparados en el laboratorio con base en la estructura de los naturales aislados, se hizo un estudio de relación estructura química-actividad anti-fouling, que permitió la selección de los compuestos más activos (20, 21 y 22) mostrados en la figura 4, los cuales representan futuros bioproductos con un inmenso potencial en la preparación de pinturas industriales que podrán usarse en la protección de superficies sumergidas. Por otro lado, también gracias a las investigaciones en algas del Caribe colombiano en el grupo de la Universidad Jorge Tadeo Lozano en trabajo conjunto con la Universidad de La Sabana, se pudo seleccionar el alga roja *Hynea musciformis*, como fuente valiosa de kappa carragenina, la cual fue luego convertida en aditivo de alimentos mejorando la respuesta inmune y el crecimiento de tilapia en cultivos comerciales (Villamil et al., 2018). En cuanto a las microalgas, los investigadores de la Universidad de Antioquia han demostrado que estas son una fuente importante de sustancias útiles para la elaboración de cosméticos antivenjecimiento.
<figure><img src="image_49.png" /></figure>

## Conclusiones

La riqueza de la biota marina presente en los territorios marinos de Colombia es asombrosa, diversa, abundante en compuestos químicos con estructuras únicas reportadas por nuestros investigadores y actividades biológicas que iluminan un inmenso número de aplicaciones. Los casos presentados son una pequeña muestra de lo que se ha venido haciendo en el intento de originar bioproductos que pueden ser usados luego de su producción sustentable en un gran número de sectores comerciales. El país tiene en las ciencias de conocimiento y uso sustentable de la biodiversidad marina la columna vertebral que puede dar soporte a la línea de bioeconomía que se ha propuesto desde la Misión Internacional de Sabios 2019 y desde el Plan de desarrollo 2019-2022.

<caption>**Figura 4.** Estructuras químicas de algunos de los compuestos marinos aislados en Colombia con mayor potencial de aprovechamiento sustentable</caption>

Fuente: elaboración propia
Referencias

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<figure><img src="image_50.png" /></figure>
# Biotecnología y agricultura

Silvia Restrepo Restrepo
<figure><img src="image_51.png" /></figure>
La bioeconomía se refiere a la producción, utilización y conservación de los recursos biológicos. Esto incluye el conocimiento relacionado, ciencia, tecnología e innovación, para proveer información, productos, procesos y servicios transversalmente a todos los sectores económicos, propendiendo a una economía sostenible (Global Bioeconomy Summit Communiqué, 2018). Involucra, entonces, una muy amplia gama de usos y aplicaciones de los recursos biológicos, a los cuales se adiciona valor mediante el conocimiento y la tecnología.

Como parte del modelo bioeconómico se pueden identificar opciones productivas con bajo impacto ambiental, las cuales suponen una producción mayor con menores insumos (proyecto Alcue-KBBE, Knowledge Based Bio Economy; Trigo et al., 2013). Estas opciones son: (1) valorización de los recursos de biodiversidad, (2) ecointensificación, (3) servicios ecosistémicos, (4) eficiencia de las cadenas de valor, (5) biorrefinerías y bioproductos, y (6) aplicaciones de la biotecnología.

La figura 1 compendia diferentes vías de la bioeconomía para la conservación y el uso sostenible de los recursos naturales y algunas de sus interacciones.

En este capítulo nos centraremos en la biotecnología como un elemento dinamizador que promueve el desarrollo de la bioeconomía. La biotecnología no es la única tecnología necesaria para la bioeconomía, las “tecnologías convergentes” describen la combinación de cuatro áreas del conocimiento:
<figure><img src="image_52.png" /><figcaption>Figura 1. Bioeconomía y economía circular</figcaption></figure>

Fuente: elaborado por Édgar Francisco Otálora
nanotecnología, biotecnología, tecnologías de la información y ciencias cognitivas. Sin embargo, la biotecnología es la tecnología de mayor peso relativo. Pero, para que este peso relativo sea realmente aprovechado, no debemos pensar que la fortaleza es tener muchos recursos en materia prima (recursos de la biodiversidad y biomasa de la agricultura), se debe tener también una inversión sostenida en ciencia y tecnología. Esta inversión garantizaría una buena infraestructura de investigación y desarrollo.

Las biotecnologías presentan múltiples aplicaciones en diversos sectores: agrobiotecnologías, vegetal y animal (bioinsumos –biofertilizantes, bioplaguicidas–, marcadores moleculares, micropropagación, vacunas, edición de genes, cultivos genéticamente modificados (GM) con resistencias o tolerancias a factores bióticos y abióticos, reproducción asistida animal, entre otros.

## Biotecnología para la agricultura

Este capítulo no pretende ser exhaustivo en la enumeración de las posibilidades que ofrece la biotecnología a la agricultura, pero sí se resaltarán las que pueden mejorar los cultivos. Este mejoramiento es una necesidad por varias razones. La primera está relacionada con el crecimiento de la población mundial; para poder alimentar a esta población la producción agrícola deberá duplicarse para el año 2050. En este momento, la tasa de crecimiento anual en producción de los principales cultivos es del 0,9% para trigo, 1,0% para arroz, 1,3% para soya y 1,6% para maíz (Tilman et al., 2011; Ray et al., 2013) y no alcanzan para cubrir la demanda creciente. Además del aumento en la producción, existen otras necesidades que deben ser atendidas como la mejora en la calidad nutricional, el aumento de la resistencia a plagas y enfermedades y la tolerancia a los estreses (hídrico, salino, etc.), entre otras.

Para el mejoramiento existen cuatro grandes conjuntos de alternativas, según proponen Chen et al. (2019): (1) mejoramiento por cruces de
genotipos (todo el desarrollo dura entre 8 y 10 años); (2) mejoramiento por mutación, en la cual se aumenta la variación genética usando agentes mutagénicos (8 a 10 años); (3) mejoramiento por transgénesis (de 8 a 12 años), y (4) edición de genomas (4 a 6 años). Estas aproximaciones tienen en contra el tiempo necesario hasta la obtención del genotipo mejorado, pues no está alineado con las necesidades de demanda por una mayor y mejor producción. Por otro lado, las regulaciones sobre el desarrollo y uso de variedades mejoradas pueden causar demoras mayores. El panorama empeora cuando las regulaciones prohíben el uso de esas variedades, como en el caso de la prohibición de uso de variedades transgénicas en algunos países.

La controversia alrededor de los transgénicos es grande y mientras no haya evidencia científica sólida sobre los peligros de utilizar alimentos transgénicos, debemos reconocer su importancia en la agricultura. En efecto, hasta ahora la evidencia científica ha demostrado un impacto positivo en el control de enfermedades y mejoramiento de la calidad alimenticia. Dejando de lado esta controversia, en lo restante de este capítulo nos concentraremos en la edición de genomas, que es una técnica que promete muchos cambios en el futuro, de los cuales posiblemente la agricultura no escapará.

## Edición de genomas

Editar un genoma se refiere a cambiar la secuencia de ADN de manera precisa, en un gen de interés. Se puede inactivar el gen creando un corte en su secuencia o bien este puede ser reemplazado por una secuencia particular. Esto lo logramos con una maquinaria molecular que ubica el gen, una enzima que corta la secuencia y, si se incluye una secuencia nueva, se puede lograr el reemplazo.

Para editar genomas se han desarrollado varias herramientas, todas basadas en un mismo concepto de módulos. Un módulo (molécula de ARN o proteínas) se encarga de llevar la maquinaria de edición a un sitio
preciso del ADN por reconocimiento de bases y, el otro módulo (enzima-encdonucleasa) corta el ADN en sus dos hebras. El primer módulo puede estar constituido por proteínas con gran afinidad por una región dada del ADN. Este es el caso del sistema nucleasa-dedos de zinc (zinc finger nucleases [ZFN]) o el caso de los sistemas nucleasas-efectores, activadores de transcripción (*transcription activator-like effector nuclease* [Talen]) (Zhang et al., 2017).

Este primer módulo también puede ser una molécula de ARN, como en el caso del sistema CRISPR/Cas9 (*clustered regularly interspaced short palindromic repeats* [CRISPR]- *associated protein 9*). CRISPR/Cas9 ha sido más utilizada hasta el momento por su facilidad de implementación y porque resulta más fácil manipular y sintetizar moléculas de ARN que proteínas. Por otro lado, es mucho más eficiente en producir las mutaciones deseadas (Zhang et al., 2017).

Hasta el momento, la técnica de CRISPR/Cas9 se ha utilizado para muchas especies vegetales tales como arroz, tomate, maíz, papa, sorgo, cebada, lechuga, algodón, petunia y varias de cítricos (Zhang et al., 2017). En la mayoría de los casos se ha usado solo para probar la eficiencia de la técnica y en otros casos como herramienta de genética reversa para estudiar la relación entre genotipo y fenotipo.

*Clustered regularly interspaced
short palindromic repeats (CRISPR)*

La técnica de clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) introdujo la posibilidad de edición genética de gran precisión en cualquier organismo. A continuación haremos una breve descripción del sistema, obviando algunos detalles moleculares y técnicos con el objetivo de que se entienda su funcionamiento.

Este sistema existe naturalmente en las bacterias y las ayuda a defen-
derse de los bacteriófagos (virus que atacan bacterias) que las atacan. Cada
vez que un bacteriófago ataca una bacteria, si esta tiene un sistema CRISPR,
el ADN del bacteriófago es destruido y la bacteria introduce un fragmento del ADN destruido en su propio cromosoma. Así, dentro del genoma de la bacteria se constituye una gran cadena de segmentos de ADN de bacteriófagos que han infectado, históricamente, a la bacteria. Esta gran memoria de ataques compuesta de fragmentos de bacteriófagos es usada luego para reconocer bacteriófagos invasores y destruir su ARN. Cada fragmento de ARN de fago es asociado a una nucleasa, enzima que corta ADN. El ARN es el encargado de reconocer al bacteriófago que ha penetrado la bacteria y la nucleasa corta su material genético, defendiendo a la bacteria de los efectos del bacteriófago. Los biotecnólogos han puesto este sistema al servicio de la ciencia y combinando un ARN llamado guía y una nucleasa podemos editar cualquier región del genoma. En el sitio de reconocimiento se hace un corte de doble hebra del ADN blanco.

Luego del corte en el ADN, los mecanismos de reparación de células pueden intentar reparar el corte. Existen dos mecanismos de reparación: (1) reparación no homóloga de unión de extremos o NHEJ (por la sigla en inglés de *non-homologous end-joining*), en la cual el sistema une los extremos cortados pero se introducen mutaciones debido a las pequeñas delecciones en el sitio de corte; (2) reparación homóloga o HDR (por la sigla en inglés de *homology-directed repair*) que ocurre si se introduce, junto con el sistema CRISPR, una secuencia de ADN (de la misma especie u otra), y así el gen blanco puede reemplazarse por el introducido. Además, CRISPR/Cas9 presenta la gran ventaja de permitir la edición simultánea de varios genes.

Hasta ahora, ¿cuáles han sido los grandes aportes de CRISPR en la agricultura? (para algunos listados, véanse Zhang et al., 2017; Ricroch et al., 2017; Langner et al., 2018). En un estudio de publicaciones entre el 2014 y el 2017 se reportaron varios usos de CRISPR para la agricultura: usos en mejora del rendimiento (20 artículos), biofortificación (10), tolerancia a herbicidas (6), resistencia a virus (5), tolerancia a estreses abióticos (4), resistencia a hongos (3), bacterias (3) y parámetros de conservación como por ejemplo inhibición de la maduración de frutos (1) y el cultivo más estudiado: arroz (Ricroch et al., 2017).

En el caso de la resistencia a enfermedades, la técnica se ha usado para alterar la función de los genes de susceptibilidad, lo que ha demostrado
mayor resistencia en varias especies, incluyendo *Arabidopsis*, tomate, cítricos, arroz, cebada y trigo (Langner *et al.*, 2018; De Toledo *et al.*, 2016). Otros ejemplos son el aumento del tamaño y grosor del grano del trigo, la resistencia al mildeo polvoso en el trigo, la resistencia al añublo en el arroz y un aumento de tres veces del tamaño del fruto y de diez veces en el número de frutos del tomate (Langner *et al.*, 2018; Cermark *et al.*, 2017; Zhang *et al.*, 2017). También, inactivación de genes que afectan negativamente la cosecha de arroz (Li *et al.*, 2016; Shen *et al.*, 2016). El uso de *CRISPR/Cas9* abre la posibilidad de editar fácilmente, y a costo más bajo que los transgénicos, los llamados cultivos huérfanos como yuca, sorgo, batata, entre otros (Khan *et al.*, 2019), o de hacer domesticación de novo.

En la mayoría de los casos, las parientes silvestres de los cultivos tienen poco rendimiento o características no deseables para su comercialización. En general, las hemos usado como reservorio de genes importantes en la resistencia a patógenos o tolerancia a estreses. De hecho, son fuente de genes para una edición de tipo HDR en los cultivos tradicionales. Con las técnicas de edición podemos pensar en un mejoramiento al revés, es decir, no cambiar las especies cultivadas sino editar las especies silvestres. En estas el objetivo sería mejorar las características que no las hacen atractivas para producción; este proceso se denomina domesticación de novo (Khan *et al.*, 2019).

Hoy en día es posible usar una nucleasa modificada que no corte el ADN (dCas9 o Cas9 deficiente) pero que ayude a transportar al sitio deseado del genoma la enzima o, en general, la molécula que se escoja. Por ejemplo, se puede transportar: (1) cualquier enzima que modifique el ADN o las histonas asociadas, (2) activadores o silenciadores de transcripción, (3) RNAs pequeños no codificantes que afecten la transcripción. También, se pueden marcar secuencias de ADN con proteínas fluorescentes e incluso editar ARNS (Pulecio *et al.*, 2017; Chen *et al.*, 2019). Recientemente, se ha mostrado la aplicación de CRISPR para alterar bases únicas del ADN, una única base nucleotídica, y así se podrían alterar codones de parada, y modificación del splicing alternativo, entre otros (Molla y Yang, 2019).

Sin embargo, debemos mencionar los problemas que existen. El mayor problema es la incorporación eficiente del sistema en las plantas,
lo cual lleva a pensar en el mejoramiento de los métodos actuales de transformación de plantas. Tradicionalmente, se han manejado dos: el uso de la bacteria *Agrobacterium tumefaciens*, que puede introducir genes en el genoma de la planta, y el bombardeo de partículas recubiertas de ADN en tejidos vegetales. Sin embargo, estos métodos tradicionales presentan algunos problemas. Por ejemplo, el uso de *Agrobacterium tumefaciens* no es eficiente en algunas plantas, en particular en monocotiledóneas. Así, se han planteado alternativas como el uso de otras bacterias o el mejoramiento de la eficiencia de transformación en monocotiledóneas por modificación de algunos genes de desarrollo de la planta. También se ha propuesto el uso de nuevos tejidos para transformación como polen, cigotos y nuevos sistemas basados en nanopartículas y partículas tipo virus.

El otro gran problema es la ocurrencia de ediciones en sitios diferentes a la región blanco (ediciones *off-target*). Una posibilidad para evitar este problema es usar ribonucleoproteínas (RNPS) como complejo introducido en la planta, eliminando la introducción de ADN para que sea transcrito y traducido en la célula vegetal. Los RNPS han mostrado una baja tasa de ediciones fuera del blanco (Chen *et al.*, 2019). Otras modificaciones del sistema se están desarrollando para mejorar la especificidad (Chen *et al.*, 2019). El otro reto es aumentar la frecuencia de la reparación homóloga, manipulando las rutas celulares de reparación.

## Conclusiones

La importancia de la biotecnología agrícola en la construcción de la bioeconomía es innegable. Su mayor contribución potencial parece estar en el mejoramiento vegetal. Sin embargo, se necesitan herramientas cada vez más sofisticadas que nos permitan ahorrar recursos y tiempo en la obtención de variedades mejoradas, respondiendo a la creciente demanda de más y mejores alimentos.

En las secciones anteriores nos concentramos en las herramientas aplicables a los cultivos. Sin embargo, existen varias opciones que se pueden
aplicar a los organismos asociados a los cultivos, bien sean benéficos o patogénicos, que pueden contribuir a una mejor producción vegetal para el bienestar de las futuras generaciones.

Referencias

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Química
verde y la
convergencia
tecnológica

María del Pilar Noriega Escobar
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