Las plantas son increíblemente diversas, ¡y también lo son los botánicos! En su misión de difundir historias fascinantes sobre el mundo vegetal, Botany One también te presenta a los científicos que están detrás de estas grandes historias.

Hoy nos acompaña Christopher Levine, candidato a doctorado en Biología Agrícola y Ambiental en la Universidad de Tokio, en el laboratorio del profesor Yamori. Su investigación se centra en la agricultura de ambiente controlado (CEA) y la fotobiología vegetal. Se enfoca en las funciones fisiológicas de los fotones rojo lejano (FR) en sistemas de producción de cultivos, como fábricas de plantas e invernaderos. Investiga cómo la luz FR influye en la fotosíntesis, la morfología y la productividad de la planta en su conjunto.

Un objetivo central de su investigación es mejorar la eficiencia energética de la producción de alimentos. Al perfeccionar factores abióticos como los espectros de luz y comprender cómo interactúan los fotones de luz roja lejana con la morfología de las plantas y la señalización del fitocromo, Levine busca reducir el consumo de energía lumínica manteniendo o incluso aumentando el rendimiento y la calidad de los cultivos, contribuyendo así a sistemas agrícolas más sostenibles y de bajo consumo energético.

Anteriormente completé mi licenciatura y maestría en la Universidad de Cornell en el laboratorio del profesor Mattson, donde desarrollé un gran interés en CEA. Puedes encontrar mis publicaciones en Google Scholar.

¿Qué te hizo interesarte por las plantas?

 Mi interés por las plantas comenzó de forma muy práctica en el patio trasero de mi casa en Santa Mónica. De niño, intenté cultivar calabazas y maíz sin tener conocimientos agrícolas ni técnicos. Como era de esperar, muchos de esos primeros intentos no tuvieron mucho éxito, y mi familia no tenía experiencia en agricultura. En aquel entonces, no entendía por qué las plantas no crecían bien. Ahora, mirando hacia atrás, me doy cuenta de que probablemente se debían a la falta de fertilizantes, un riego irregular y condiciones del suelo poco óptimas.

Cuando descubrí la producción hidropónica de alimentos en interiores, fue una experiencia transformadora. En un entorno controlado, los nutrientes, el agua y la luz podían gestionarse con precisión, en lugar de dejarlos al azar. Por primera vez, logré cultivar lechugas y tomates con éxito, a pesar de que mis intentos al aire libre habían fracasado. El éxito en el cultivo de estas plantas en interiores despertó mi fascinación por la fisiología vegetal y el análisis de eficiencia de cultivo (CEA).

¿Qué le motivó a dedicarse a su actual área de investigación?

En la secundaria, cultivaba plantas en interiores simplemente por curiosidad y disfrute, aunque en aquel entonces no era algo científico. Era solo experimentación, ensayo y error. Me fascinaba la idea de que las plantas pudieran prosperar y crecer mejor y más rápido en interiores que en exteriores si se ajustaban parámetros como la iluminación, el pH y la concentración de fertilizantes.

Cuando llegué a la Universidad de Cornell como estudiante de pregrado, me emocionó descubrir que la agricultura climáticamente inteligente (ACE) podía estudiarse como asignatura universitaria, en lugar de estudiar algo al azar que no me entusiasmaba. También supe que Cornell ha sido una de las instituciones pioneras en este campo. El profesor Louis Albright estableció uno de los programas de investigación de ACE más antiguos de Estados Unidos y desarrolló una operación comercial de cultivo de lechuga en aguas profundas, demostrando que la producción hidropónica podía tener fundamentos científicos y ser económicamente viable.

Cursé la asignatura de producción hidropónica de alimentos del profesor Neil Mattson, que había empezado a impartir recientemente, y esto consolidó aún más mi interés por la agricultura climáticamente inteligente (CEA). También realicé una investigación independiente bajo su supervisión, y cuando mi trabajo de grado fue aceptado por primera vez en una revista revisada por pares, fue un momento crucial. Ver que mi investigación contribuía a la literatura científica me motivó a seguir profundizando en la ciencia vegetal a un nivel más técnico.

También realicé prácticas en AeroFarms, que por aquel entonces era una empresa líder mundial en agricultura vertical de interior. Allí trabajé en la producción de fresas en ambiente controlado bajo la supervisión del Dr. Shardendu Singh, Roger Buelow y Matt Gellert. La combinación de investigación de vanguardia, aplicación comercial y un ambiente de trabajo excelente afianzó aún más mi interés por impulsar la investigación en agricultura de ambiente controlado.

 Lo que más me gusta de mi trabajo es descubrir nuevas formas de mejorar la viabilidad económica de la agricultura de ambiente controlado (CEA), sobre todo reduciendo los costes energéticos. Dado que la iluminación y el control ambiental representan costes importantes en la agricultura de interior, me resulta gratificante cuando los conocimientos fisiológicos, como las respuestas de las plantas a la luz roja lejana, se traducen en estrategias de producción más eficientes energéticamente y comercialmente viables.

 También disfruto del carácter colaborativo e internacional de la ciencia vegetal. Conferencias como NCERA-101 y las reuniones organizadas por la Sociedad Internacional de Ciencias Hortícolas (ISHS) son estimulantes intelectualmente y, a la vez, muy entretenidas. Ofrecen la oportunidad de conocer los proyectos de otros investigadores de todo el mundo, intercambiar ideas y forjar colaboraciones duraderas. Muchos de mis amigos y colegas se reúnen en estos eventos, por lo que no solo son experiencias valiosas a nivel profesional, sino también muy significativas a nivel personal.

Producción de lechuga en un entorno controlado. Fotografía de Christopher Levine.

¿Hay alguna planta o especie específica que haya intrigado o inspirado su investigación? Si es así, ¿cuáles son y por qué?

Las fresas sin duda han inspirado mi investigación. Son deliciosas, lo que las hace interesantes para trabajar con ellas y entusiasma a los demás. Sin embargo, también son notoriamente difíciles de cultivar en ambientes controlados debido a sus largos ciclos de producción, su compleja fisiología de floración y los persistentes problemas de control de plagas y enfermedades. Los experimentos pueden durar meses, a diferencia de las hortalizas de hoja verde, que pueden tener ciclos de producción cortos de tan solo un mes.

Trabajar con fresas durante mi maestría en Cornell bajo la dirección del profesor Neil Mattson fue una experiencia exigente que me preparó muy bien para un programa de doctorado. Las exigencias técnicas de gestionar experimentos a largo plazo, solucionar problemas relacionados con los nutrientes y la iluminación, y mantener la salud de las plantas en sistemas de producción intensivos me prepararon adecuadamente para los retos de la investigación a nivel doctoral.

Trabajar con fresas también me enseñó que la investigación rara vez se desarrolla exactamente como se planea. Gracias a esa experiencia, aprendí la importancia de establecer objetivos de investigación concretos y alcanzables, en lugar de plantear metas tan generales que resulten imposibles de lograr en un plazo razonable. Dividir problemas complejos en preguntas claramente definidas y comprobables permitió un progreso constante y significativo, en lugar de estancarse por objetivos demasiado ambiciosos. Esta disciplina para definir el alcance y obtener resultados de forma gradual ha sido una de las lecciones más valiosas de mi formación inicial en investigación y sigue influyendo en mi manera de abordar las cuestiones científicas hoy en día.

¿Podrías compartirnos alguna experiencia o anécdota de tu trabajo que haya marcado tu carrera y reafirmado tu fascinación por las plantas?

Una experiencia que marcó profundamente mi carrera fue la visita a un gran invernadero holandés de Venlo, con casi 30 hectáreas dedicadas al cultivo de tomates cherry bajo cristal. Lo que más me impresionó fue recorrer las hileras en el carrito elevador. Las tomateras crecían verticalmente y parecían extenderse sin fin por encima de mí, formando imponentes corredores verdes cargados de frutos. Moverse entre esas hileras, suspendido entre vides repletas de brillantes racimos de tomates cherry, me hizo comprender la integración de la fisiología vegetal, la ingeniería y la economía de forma tangible y real.

Ver cómo unos insumos gestionados con cuidado podían generar tal abundancia reafirmó mi fascinación por las plantas y reforzó mi convicción de que la optimización de estos sistemas puede desempeñar un papel importante en el futuro de la producción sostenible de alimentos.

¿Qué consejo le daría a los jóvenes científicos que estén considerando una carrera en biología vegetal? 

Uno de los consejos más importantes que les daría a los jóvenes científicos que consideran una carrera en biología vegetal es encontrar un mentor o profesor que realmente los inspire y los motive. Dado que he tenido la oportunidad de estudiar con varios profesores en diferentes etapas de mi formación, este consejo proviene directamente de mi experiencia. La calidad de la mentoría puede influir profundamente no solo en su desarrollo técnico, sino también en su interés y su trayectoria científica a largo plazo.

Un buen mentor te ayuda a formular preguntas más precisas, a perfeccionar tu diseño experimental y a mantener la motivación cuando la investigación se complica. En la investigación, inevitablemente habrá muchos contratiempos y los resultados no siempre serán los esperados. El proceso de revisión por pares también puede ser largo y tedioso. Por lo tanto, encontrar un mentor que te inspire constantemente en la materia es fundamental.

¿En qué suele equivocarse la gente acerca de las plantas?

Mucha gente supone que las plantas solo necesitan luz solar, agua y fertilizante para crecer. Si bien estos elementos son esenciales, la realidad es mucho más compleja, ya que múltiples factores abióticos interactúan simultáneamente y, a veces, de una manera que no se comprende del todo.

 Variables como la temperatura de la zona radicular, la temperatura del aire, la humedad, la concentración de CO₂, la velocidad del aire y la intensidad y composición espectral de la luz influyen en la fisiología de las plantas. Un cambio en un factor puede alterar la respuesta de la planta a otro. Por ejemplo, la temperatura de la zona radicular puede modificar la temperatura óptima del aire para la fotosíntesis en la lechuga. O en la albahaca, la densidad total del flujo de fotones fotosintéticos de fondo puede afectar la densidad ideal del flujo de fotones infrarrojos lejanos. Así, incluso cambios sutiles en una longitud de onda específica de la luz pueden modificar la morfología y la eficiencia fotosintética. 

Debido a que estas variables interactúan constantemente, la investigación sobre plantas rara vez es sencilla. Comprender las plantas requiere saber que son sistemas biológicos dinámicos que responden continuamente a su entorno.