Los científicos de NASA están aprendiendo a cultivar plantas en el
espacio. Estos remotos cultivos eventualmente tomarán su lugar junto a
personas, microbios y máquinas en hábitats autónomos para astronautas.
En estas condiciones se considera que los procesos habrán de ser
biorregenerativos; es decir, que los cultivos se renueven y crezcan de
forma repetitiva mediante procesos bioquímicos.
Para futuros viajeros espaciales, los cultivos serán cuestión de
supervivencia. Las plantas no solo proveerán alimento cuando los envíos
de la Tierra no sean posibles, sino que también trabajarán para hacer el
aire respirable y el agua potable. Plantas y personas (dos clases muy
diferentes de astronautas) eventualmente vivirán juntas en un hábitat
balanceado y autosuficiente, donde el contacto con la Tierra es un lujo,
no una necesidad.
Cuando se construye un "invernadero" en el espacio, la fuente de luz
debe ser tan eficiente como sea posible para reducir la demanda de
energía. Esta fotografía muestra trigo creciendo con luz proveniente de
diodos que emiten luz Light Emitting Diodes (LEDs) por sus siglas en
inglés, la misma tecnología que se utiliza para las luces indicadoras en
productos electrónicos. Los LEDs ahorran energía al emitir luz sólo en
frecuencias que las plantas utilizan para el proceso de fotosíntesis.
Este concepto de colonias autosuficientes en el espacio (o hasta en
otros planetas) ha existido por varias décadas en las páginas de
innumerables novelas de ciencia-ficción. El progreso de la Estación
Espacial Internacional (EEI) hace que esta visión se acerque más a la
realidad, pero la EEI no es autosuficiente. Sus sistemas de soporte de
vida son estrictamente mecánicos, de tal manera que los alimentos deben
transportarse de la Tierra.
"Con el fin de perseguir una exploración del espacio de larga duración,
que sea económicamente viable, y aun de posible realización, debemos
incluir la biología dentro del sistema general de soporte de vida, "
dice Chris Brown, director de programas espaciales del Instituto Kenan
para Ingeniería, Tecnología y Ciencia en la Universidad Estatal de
Carolina del Norte.
Los investigadores de NASA de los Centros Espaciales Kennedy (KSC) y
Johnson (JSC) están tratando de averiguar exactamente como se llevaría
esto a cabo. Están estudiando tecnologías que podrían reunir personas,
plantas, microbios y máquinas en "ecosistemas" en miniatura, con
capacidad para sostener a los viajeros espaciales indefinidamente. Este
tipo de soporte de vida, llamado bioregenerativo", sería completamente
autosuficiente, creando un microcosmos ecológicamente confiable donde
cada elemento sostiene y es sostenido por cada uno de los otros.
"Si verdaderamente queremos abandonar la Tierra de forma permanente,
necesitamos saber cómo esta esfera azul nos sostendrá a todos y de
alguna manera reproducir exactamente las partes que son necesarias para
una vida continuada," dice Jay Garland, Científico Jefe del Proyecto
para Soporte bioregenerativo de Vida de Dynamac, Inc., en el Centro
Espacial Kennedy.
Los humanos y las plantas son compañeros ideales para viajes espaciales.
Los humanos consumen oxígeno y emiten bióxido de carbono. Las plantas
devuelven el favor consumiendo bióxido de carbono y emitiendo oxígeno.
Los humanos consumen las partes comestibles de las plantas para
alimentarse, mientras que los desechos y las partes no comestibles de
las plantas pueden, después de ser descompuestos por microbios en
tanques llamados "biorreactores", producir fertilizantes para cultivo de
las plantas. Las plantas y los microbios pueden también cooperar para
purificar el agua, seguramente con la ayuda de máquinas. El único
ingrediente necesario para mantener este sistema en operación continuada
es la energía en forma de luz.
Los tres elementos principales de un sistema biorregenerativo de soporte
de vida son las personas, las plantas y los microbios. Este dibujo
muestra como cada uno sostiene a los otros para crear un sistema
ecológico "cerrado". (El agua mostrada en color gris no es agua negra,
es agua sucia o jabonosa proveniente de por ejemplo, actividades
higiénicas de los humanos).
Esto, claro está, es solo un esquema simplificado. Para los científicos
e ingenieros que están tratando de diseñar un sistema real, la
dificultad está en los detalles.
El encontrar, por ejemplo las especies de plantas adecuadas para un
"cultivo especial" es un proceso laborioso.
"Las plantas serán el eje central del sistema de soporte de vida - o al
menos la parte biológica del sistema," dice Brown.
La planta ideal para el espacio tendría tallos cortos para ahorrar
espacio, tendría pocas partes no comestibles, crecería bien en poca luz,
y sería resistente a enfermedades originadas por microbios. En estos
momentos el Centro Espacial Kennedy está investigando la selección de
variedades de trigo, arroz, lechuga, papas y otras plantas que cumplen
con estos criterios.
¡Cuando se vive a millones de kilómetros de la Tierra, no se puede
permitir una mala cosecha! Los científicos están utilizando procesos de
alta tecnología para encontrar las más adecuadas especies de plantas y
sistemas de cultivo para asegurar cosechas eficientes y confiables.
Los investigadores están también trabajando para desarrollar un
"invernadero" que funcione correctamente en el espacio.
En un invernadero en órbita, las plantas en caída libre no sienten la
constante fuerza de atracción de la gravedad. Como resultado, el agua se
distribuye en forma homogénea dentro del material que reemplaza la
tierra alrededor de las raíces y esto hace que sea más difícil que el
agua y el aire lleguen en cantidad suficiente a las raíces. Los
investigadores tenían que escoger muy cuidadosamente el tamaño de los
granos de "tierra". Si los granos son demasiado grandes las raíces no
reciben suficiente agua, si son demasiado pequeños, no reciben
suficiente aire. (El tamaño correcto resultó ser de 1 a 2 milímetros).
En un ambiente como el de la Estación en órbita, existe menos aire en
circulación -- ¡las plantas pueden sofocarse un su propio oxígeno
"exhalado"! Los ingenieros deben proveer ventiladores para mantener el
aire en movimiento.
De todas maneras, los investigadores advierten que la solución por
separado de todos estos problemas no garantizará que el sistema funcione
correctamente cuando todas las partes han sido ensambladas.
"Existe el interrogante de cómo progresaría el sistema completo con el
tiempo," dice Garland. "Además de la preocupación de cómo las varias
especies de microbios pasarían por el proceso de sucesión (es decir la
secuencia de reemplazos de una especie de microbios por otra), debemos
considerar efectos evolutivos. Con respecto a los microbios, con su
corto tiempo entre generaciones, estamos hablando de escalas de tiempo
que durante misiones prolongadas, podrían dar lugar a cambios evolutivos
radicales".
Con el fin de comprobar cómo las personas, las plantas y los microbios
se comportan cuando se les aísla por un largo periodo de tiempo, el
Centro Espacial Johnson está construyendo una cámara de prueba llamada
BIO-Plex. Esta cámara estará equipada con todos los elementos de un
sistema bioregenerativo de soporte de vida -- incluyendo los humanos.
Como ejemplo, futuros avances en biotecnología y nanotecnología podrían
permitir a los científicos alterar los genes de las plantas de tal
manera que sus células produzcan pequeños sensores, transmisores y
receptores moleculares. Estos elementos supervisarían las funciones
internas de las plantas e informarían sobre su salud, con el fin de
asegurar una buena cosecha; podrían también convertir a las plantas en
entes controlables que producirían flores y frutos bajo comando.
Los planes de diseño para futuras estaciones humanas extraterrestres,
probablemente incluirían plantas como parte del sistema de soporte de
vida. Cuando estas estaciones se conviertan en realidad, las plantas
tendrán propiedades extraordinarias, que han sido posibles gracias a la
biotecnología y a la nanotecnología.
Una idea paralela es la de diseñar plantas que produzcan ciertas
sustancias químicas que las protegerían del aumento de radiación en el
espacio y en planetas con atmósferas poco densas tales como Marte. Brown
también sugiere que dispositivos nanotecnológicos dentro de las células
de las plantas podrían suministrar luz directamente a las partes de las
células que efectúan la fotosíntesis, haciéndolas más eficientes.
"Existen preguntas sobre factibilidad, pero ... ninguna podría
detenernos completamente," dice Brown, quien escribió un estudio sobre
los usos potenciales de la nanotecnología para estos sistemas se soporte
de vida.
"Tal vez no podamos realizar esto hoy en día, pero nada que estemos
considerando está contra las leyes de la física, la química o de la
naturaleza," dice.
Un sistema bioregenerativo de soporte de vida seguramente nunca va a
reemplazar al sistema mecánico instalado en la Estación Espacial, agrega
Garland. Cuando más, una pequeña cosecha puede cultivarse allí para
proveer alimentos frescos. Pero eventualmente, con la ayuda de plantas y
microbios, futuras Estaciones Espaciales, o bases en la Luna o en Marte,
podrían llegar a ser verdaderos mundos autosuficientes.
Fuente: Ciencia NASA
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