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Igual que la atmósfera de la Tierra es limpiada por las plantas con la ayuda del Sol, nuestra atmósfera artificial puede renovarse... Las plantas que llevamos con nosotros en nuestro viaje pueden trabajar ininterrumpidamente”. Esto lo escribió a principios del siglo XX el pionero de la astronáutica, el ruso Konstantin Tsiolkovsky. La humanidad se prepara para misiones espaciales que podrían durar varios meses o años, en las que los recursos esenciales, como el oxígeno, el agua y los alimentos, se verán gravemente limitados y no podrán reponerse salvo mediante misiones de reabastecimiento. La respuesta es la misma que conocemos desde el Neolítico: la agricultura. Cultivar plantas en otros mundos no sólo reduce la dependencia de las misiones de reabastecimiento, sino que abre el camino a una fuente renovable de alimentos que puede contribuir a la sostenibilidad a largo plazo de los entornos extraterrestres. El espacio es un entorno hostil para la agricultura y presenta una serie de problemas que hay que resolver, como la ausencia de gravedad, la necesidad de iluminación artificial, la escasez de agua y otros nutrientes vitales, y la limitada cantidad de terreno disponible. La gravedad desempeña un papel importante en el desarrollo de las plantas, ya que les indica dónde deben crecer las hojas y las raíces. Por lo tanto, en las condiciones de microgravedad típicas de los vuelos espaciales, el desarrollo de las plantas se ve afectado significativamente y deben introducirse adaptaciones innovadoras para garantizar el éxito del cultivo. La radiación también supone una amenaza, que debe contrarrestarse con medidas eficaces de protección radiológica para salvaguardar la salud de las plantas. Para conocer el estado actual de la agricultura espacial, entrevistamos a Stefania De Pascale, catedrática del Departamento de Agricultura de la Universidad Federico II de Nápoles y directora del Laboratorio de Investigación de Cultivos Espaciales de la Esa..
Las plantas desempeñan un papel importante para la humanidad. Cuál debería ser el papel de la producción de alimentos de origen vegetal en las aventuras espaciales?
“El papel de las plantas para la vida humana en la Tierra va mucho más allá de la simple producción de alimentos y será igualmente importante para la supervivencia humana en el espacio”. La solución propuesta por los investigadores consiste en crear en el espacio un ecosistema artificial denominado Blss (Bioregenerative Life Support System), en el que interactúen diferentes organismos biológicos, al igual que lo hacen en los ecosistemas terrestres. El objetivo es crear un ecosistema basado en las interacciones entre organismos productores (algas, plantas verdes y otros organismos fotosintéticos), organismos descomponedores (bacterias, hongos y detritívoros como gusanos y larvas de insectos) y organismos consumidores (la tripulación humana), alojados en compartimentos relativos, en los que cada uno utiliza los productos de desecho del otro como recurso, en un ciclo cerrado ideal."
¿Qué es el Consorcio “Melissa”?
“Desde 2013, el Departamento de Agricultura de la Universidad Federico II de Nápoles es socio oficial del Consorcio Melissa (Micro-Ecological Life Support System Alternative), el programa de la Agencia Espacial Europea (Esa) que desde 1987 estudia los sistemas de soporte vital de bucle cerrado con un enfoque ecosistémico. Desde entonces, participamos activamente en proyectos relacionados con el compartimento de cultivo de plantas para un Blss como parte de este ambicioso programa. El 19 de noviembre de 2019, inauguramos en nuestro Departamento el Laboratorio de Investigación de Cultivos para el Espacio, el primer laboratorio de Europa dedicado al cultivo de plantas para sistemas regenerativos de soporte vital en el espacio, nacido de la colaboración con Esa y la Agencia Espacial Italiana.”.
¿En qué se diferencian las plantas cultivadas en microgravedad de las cultivadas en la Tierra?
“La gravedad desempeña un papel crucial en la dirección del crecimiento de las plantas a través del llamado tropismo gravitacional. En el espacio, en ausencia de estímulos gravitatorios, las plantas muestran patrones de crecimiento aleatorios o responden a estímulos diferentes (por ejemplo, las raíces se mueven hacia el agua y las coronas hacia la luz). La microgravedad también influye indirectamente en las plantas al cambiar la disponibilidad de recursos y la eficiencia de los sistemas utilizados para apoyar su crecimiento, por ejemplo a través de la interacción entre la gravedad y la dinámica de fluidos. En el entorno de microgravedad de la Estación Espacial Internacional (ISS), el agua no se comporta como en la Tierra, es decir, no se queda en el fondo de un recipiente ni se puede verter, y si se rocía forma gotas que chocan y se agregan, formando gotas cada vez más grandes que permanecen suspendidas en el aire”.
¿Hay otros problemas aparte del riego?
“Es importante proporcionar a las plantas los nutrientes que necesitan. Los sistemas de liberación controlada de nutrientes pueden incorporarse al sustrato para garantizar un suministro constante de nutrientes. Los experimentos en la ISS y otras misiones espaciales han demostrado la viabilidad del cultivo de plantas, aportando valiosa información científica sobre la respuesta de las plantas y para la optimización de los sistemas de cultivo, como los sustratos capilares y las técnicas de riego y nutrición adecuadas para la microgravedad. Las verduras de hoja (“ensaladas”) han demostrado una buena adaptabilidad a las condiciones de microgravedad y se cultivan con éxito a bordo del Iss en las llamadas máquinas de ensaladas, siendo muy útiles para proporcionar ingredientes frescos a la dieta de los astronautas. Pero también se cultivan ya en el espacio cereales, tomates, remolachas, rábanos y muchas otras plantas con fines alimentarios. Un pequeño bocado para el hombre, un gran salto para la humanidad: con estas palabras comentaba la Nasa la primera degustación oficial en el espacio de lechuga romana producida en Veggie, una de las instalaciones de la Nasa instaladas a bordo del Iss, y consumida en 2015 por los astronautas. Pero en realidad solo fue una cata. El proyecto Microgreens x Microgravedad para la producción de microgreens en el espacio, financiado por el Ministerio de Universidad e Investigación y coordinado por Asi, del que soy responsable científico, tiene como objetivo definir los requisitos científicos de un aparato de vuelo para la producción de microgreens frescos que se cosecharán y consumirán a bordo del Iss. Los microgreens son plántulas jóvenes de diferentes especies hortícolas, herbáceas o aromáticas que se cosechan apenas una o dos semanas después de la siembra, cuando empiezan a desarrollarse las primeras hojas verdaderas. Son pequeñas y tiernas, pero contienen una alta concentración de fitonutrientes, vitaminas, antioxidantes y minerales. Esta riqueza nutricional las diferencia tanto de los brotes como de las hortalizas maduras de la misma especie. El aparato de crecimiento se encuentra actualmente en fase de diseño industrial, gracias a la nueva financiación de Asi, y esta fase está siendo coordinada por Thales Alenia Space Italia. Este aparato permitirá producir a bordo del Iss suficientes microvegetales para suministrar a los astronautas la dosis diaria recomendada de vitamina C, un potente antioxidante pero desgraciadamente inestable y, por tanto, inadecuado para su transporte en largos viajes espaciales.
¿Qué cultivos son ideales para el espacio?
“La elección de cultivos para el espacio se basa en varios factores clave, como la alta eficiencia en la regeneración de recursos, el alto valor nutritivo, el ciclo de crecimiento rápido, la facilidad de cultivo en un entorno controlado y la tolerancia a las tensiones ambientales. Pero la elección también depende del escenario de la misión. A bordo de estaciones orbitales como el Iss, las limitaciones técnicas dependen de la reducida disponibilidad de volumen y energía, así como del tiempo de la tripulación. En estos entornos, se prefieren cultivos que se caractericen por un ciclo corto, un tamaño reducido, tolerancia al crecimiento en pequeños volúmenes en microgravedad y una productividad elevada, también entendida como índice de cosecha, es decir, la relación entre la fracción comestible y la biomasa total de las plantas.
¿Y las misiones a largo plazo y las futuras colonias espaciales?
Para satisfacer las necesidades nutricionales de la tripulación, se prefieren cultivos que proporcionen alimentos ricos en energía, hidratos de carbono y proteínas (como trigo blando y duro, arroz, patatas, soja), así como cultivos para consumo en fresco (tomate, lechuga). No hay que esperar plantas como las de La pequeña tienda de los horrores de Frank Oz, sino los mismos cultivos que constituyen la base de nuestra alimentación en la Tierra. La selección de cultivos para el espacio dependerá también de la capacidad de gestionar eficazmente el ciclo vital de la planta, empezando por la polinización, en un entorno cerrado y controlado”.
¿Es posible hacer que el suelo de la Luna o Marte sea apto para el cultivo de plantas?
“Este es uno de los retos más intrigantes para la exploración espacial a largo plazo de la Luna y Marte. El suelo de estos cuerpos celestes, el regolito, presenta varios problemas, como la presencia de compuestos potencialmente tóxicos para las plantas, la ausencia de materia orgánica y la falta de nutrientes disponibles esenciales para el crecimiento vegetal. Sin embargo, se están estudiando varios enfoques para superar estos retos. Para favorecer el crecimiento de las plantas, el suelo de Marte y de la Luna requerirá una sólida enmienda, con la adición de materia orgánica obtenida a partir del procesamiento de los residuos de los cultivos y de los desechos de las misiones (residuos alimentarios, heces, orina), así como acondicionadores del suelo microbianos y no microbianos y bioestimulantes que permitan el crecimiento de las plantas.”.
¿Puede el estudio del cultivo de plantas en el espacio desarrollar sistemas que también puedan exportarse a la Tierra?
“La agricultura espacial es un campo en evolución que promete revolucionar la exploración del espacio y tener un impacto positivo en la Tierra. Al desarrollar sistemas de cultivo sostenibles y resistentes en el espacio, podemos aprender a gestionar mejor los recursos de nuestro planeta y garantizar la seguridad alimentaria de las generaciones futuras para ayudar a afrontar el gran reto de la agricultura: alimentar a una población cada vez mayor. Los conocimientos adquiridos y las tecnologías desarrolladas para cultivar plantas en el espacio permitirán el cultivo en zonas terrestres extremas, desde los polos a los desiertos, pasando por el corazón de las megaciudades modernas, ganando más espacio para las plantas en la Tierra. Mi lema refleja este ideal: ”Más plantas en el espacio. Más espacio para las plantas en la Tierra".
