Qué te llevarías a un planeta desierto?
«The planet Mars took me home, and I never came back».
(Ray Bradbury: «NEA Big Read», 2008)
La llegada del hombre a Marte es algo que si nada se tuerce contemplaremos en los 2030’s. Al menos ese es el objetivo fijado por la NASA. Las tecnologías que harán posible el transporte, comunicaciones y fuentes de energía están en diferentes fases de desarrollo. La duración estimada de la misión será de unos 1.100 días.
El rover «Sojourner», de la misión Pathfinder, aterrizó en Marte en 1996 y estuvo operativo unos 9 meses. Fuente: NASA
La topografía de Marte ya ha sido mapeada con precisión, así como el agua helada bajo la superficie e incluso posibles cursos estacionales de agua salada. Los vehículos motorizados (rovers) enviados por la NASA desde hace 20 años (Sojourner, Spirit) y los que aún trabajan en el planeta Rojo (Curiosity, Opportunity), han medido la radiación a la que estarán expuestos los astronautas durante el viaje y su estancia en Marte, tomando datos esenciales para que la nave tripulada descienda y aterrice con seguridad.
China y Canadá planean enviar rovers a Marte en los próximos años. Y en 2018 el «Insight» (NASA) y en 2020 el «Exomars» (ESA) continuarán los estudios geológicos y químicos. En concreto la misión de la ESA tendrá como objetivo rastrear la existencia de vida microbiana en la superficie o el subsuelo.
Sin embargo, para que la exploración espacial y nuestra supervivencia en un ambiente extremo no sean una quimera, necesitamos un hábitat sostenible ecológicamente controlado.
Y para ello serán imprescindibles las plantas superiores y las algas…
Matt Damon cultivando patatas en «The Martian» (2015). Si quieren saber más de la ciencia (real y ficción) de esta película visiten Hipertextual
Necesitamos recrear un ecosistema lo más autosuficiente posible, que absorba las fuentes de energía y nutrientes disponibles, reciclando al máximo los desechos, y produciendo alimentos, moléculas y compuestos útiles para los primeros residentes del cuarto planeta del Sistema Solar.
La película «The Martian» planteaba lo importantes que pueden llegar a ser unas patatas, y lo que es cierto para tubérculos y legumbres también lo es para las algas…
En la Estación Espacial Internacional (ISS) se llevan a cabo investigaciones relacionadas con la misión a Marte: sistemas de soporte vital, puesta a punto de tecnologías para reducir la dependencia de la Tierra y estudios sobre los efectos de la microgravedad en la salud y el comportamiento humano, así como en el crecimiento de plantas y algas.
Pero antes de hablarles de esto…¿qué es la microgravedad?
Podríamos pensar que en la ISS no hay gravedad y que por eso flotan los astronautas y los objetos que les rodean. Pero en realidad la fuerza de la gravedad mantiene en órbita a la ISS: a 400 km de altitud hay 0.88 g (88% respecto a la superficie del planeta, 1 g). Tanto la ISS como lo que hay en ella están en caída libre alrededor de la Tierra, «navegando» a 28.000 km/h. Así que los objetos y astronautas se encuentran en «gravedad cero» o microgravedad (0,000001 g).
Arabidopsis thaliana. Autor: D. Skalec. Fuente: Wikimedia commons
Plantas y algas pueden sobrevivir en microgravedad. Seedling Growth es un proyecto patrocinado por la ESA cuyo investigador principal es Francisco J. Medina del CIB-CSIC (Madrid), que investiga los efectos combinados de luz y microgravedad en el ciclo celular y el crecimiento de Arabidopsis thaliana, una planta «modelo» para estudios sobre vegetales.
El pasado 13 de junio arrancó en la ISS la plantación del tercer experimento (Seedling Growth-3), tal como explicaba el propio investigador en la emisión «Entre Paréntesis» (19-VI-2017) de Radio 5.
Gravedad y luz suelen ser estímulos opuestos pero en el espacio esta lógica desaparece así como los conceptos arriba o abajo.
Los resultados de experiencias anteriores (Vandenbrink y col. 2014) indican que la microgravedad es un factor de estrés que afecta al ciclo celular en los tejidos meristemáticos, con células totipotentes responsables del crecimiento y diferenciación en vegetales. Las consecuencias podrían ser letales pero por motivos aún desconocidos la luz, en concreto la longitud de onda roja, parece contrarrestar dicho estrés permitiendo que las plantas sobrevivan y se desarrollen de manera casi normal.
En cuanto a las microalgas, su mayor eficiencia fotosintética respecto a las plantas superiores las hace más adecuadas para absorber CO2 y producir oxígeno. En estudios realizados sobre algas verdes del género Chlorella (C. pyrenoidosa y C. vulgaris) se han observado que las tasas de fotosíntesis y consumo de CO2 no se ven afectadas por la microgravedad. Pero su crecimiento es menor y uno de dichos trabajos (Gross, 2013) calculaba que harían falta 2314 litros de Chlorella vulgaris para producir el oxígeno necesario para mantener a un astronauta!!
En los estudios sobre cianobacterias hay resultados para todos los gustos: en la especie tóxica Microcystis aeruginosa se ha observado que la microgravedad reduce el crecimiento y aumenta la producción de microcistinas, mientras que en otro trabajo la microgravedad favorecía el crecimiento de una cepa de Nostoc sp. (Wang y col. 2004).
Placas para experimentos biológicos, incluyendo las cepas CCCryo, en el exterior de la ISS. Autor: ESA/ROSCOSMOS. Fuente: Sciencedaily
Los rayos cósmicos y la radiación UV pueden también aniquilar cualquier atisbo de vida en el espacio. No obstante, si eres un alga adaptada a ambientes extremos puede que consigas sobrevivir en el espacio.
Un experimento de 2014-2015 del proyecto BIOMEX (Biology and Mars Experiment), demostró la supervivencia durante 16 meses de dos cepas en el exterior de la ISS, en condiciones de vacío, sequedad y con temperaturas desde -20ºC a 50ºC.
Ambas cepas pertenecían a CCCryo (la colección de cultivos de algas criófilas del grupo de investigación en extremófilos del IZI-BB, Alemania), en concreto el alga verde Sphaerocystis sp. (CCCryo 101-99, aislada en Svalbard, Noruega) y la cianobacteria Nostoc sp. (CCCryo 213-06, de la Antártida).
El ecosistema lagunar de MELISSA. Fuente: ESA
Queda mucho por investigar para conseguir soportes de vida controlados en el espacio y en ello trabajan, entre otros, los investigadores del consorcio MELISSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative), que agrupa a más de 40 instituciones de 13 países, gestionado por la ESA.
Todo comenzó en 1987 tras comprobar que dos cepas microbianas (imagino que cianobacterias), sobrevivieron 5 días en el espacio a bordo de una cápsula china.
30 años después el concepto sobre el que trabaja MELISSA está basado en el ecosistema de un lago, donde los productos de desecho son aprovechados por el metabolismo de plantas y algas, que a su vez proporcionan alimento, oxigenan el aire y purifican el agua. En el compartimento fotosintético existen dos componentes…
Fuente: shigen.nig.ac.jp
El primero son cianobacterias: Arthrospira platensis, muy útil y conocida porque de ella se obtiene la Spirulina, un suplemento dietético de alto valor nutricional que no tiene nada que ver con las cianobacterias del género Spirulina.
La coincidencia de nombres podría venir de que Arthrospira platensis se describió originalmente en el género Spirulina (Spirulina jenneri var. platensis), pero nada más.
Y el segundo componente son las plantas superiores.
En el consorcio MELISSA se ha experimentado con 32 cultivos diferentes, incluyendo trigo, tomate, patatas, soja, cebolla, lechuga, espinacas, arroz, etc…
Planta piloto de MELISSA, en la Universidad Autónoma de Barcelona. Fuente: ESA
Pero no se confundan: el terreno de Marte no es apto para crecer plantas terrestres y los cultivos que se plantean son hidropónicos, nada que ver con las patatas en «The Martian» !!
Referencias:
-Gross M. Development and optimization of algal cultivation systems. Graduate Theses and Dissertations. Paper 13138 (2013)
-Mills WR & Pierson DL. Growth and Metabolism of the Green Alga, Chlorella Pyrenoidosa, in Simulated Microgravity. NASA/ASEE Summer Faculty Fellowship Program, Johnson Space Center. 14 pp (2000)
-NASA’s journey to Mars. 36 pp (2015). https://www.nasa.gov/topics/journeytomars/index.html
-Vandenbrink JP y col. Light and gravity signals synergize in modulating plant development. Frontiers in Plant Sci. 5:563 (2014)
-Wang GH y col. Real-time studies on microalgae under microgravity. Acta Astronaut. 55:131-137 (2004)
-Xiao Y. y col. Simulated microgravity alters growth and microcystin production in Microcystis aeruginosa (cyanophyta). Toxicon 56:1-7 (2010)
