Los desafíos de la agricultura espacial o Space Farming

La expansión de la New Space Economy solo será posible cuando podamos vivir largo tiempo en el espacio, ya sea en futuros asentamientos (en la Luna o Marte) o en largos viajes planetarios tripulados. Además de resolver grandes desafíos tecnológicos, deberemos resolver cómo cultivamos nuestros propios alimentos. Las organizaciones internacionales están dedicando tiempo y recursos al desarrollo de la sustentabilidad de la vida humana más allá de la Tierra. 

La agricultura espacial o Space Farming está generando grandes innovaciones no solo aplicables a la exploración espacial, sino al reto de alimentar a otros 2.300 millones de personas para el año 2050 en la Tierra (s/Naciones Unidas), la mayoría concentrados en centros urbanos lejos de las tierras de cultivo. Es posible que la agricultura actual no tenga la capacidad de alimentar a tanta gente y podría amenazar la producción futura al agotar los nutrientes esenciales del suelo y contaminar los suministros de agua dulce y el suelo con pesticidas y herbicidas.

Las investigaciones de la NASA están lanzando una nueva generación de agricultura de interior que podría ser parte de la solución en la Tierra.

Para comprender los esfuerzos que se están realizando, conviene empezar por los desafíos de la agricultura espacial y los elementos que afectan el crecimiento de las plantas en el espacio.

Menos gravedad

Los experimentos actuales de agricultura espacial examinan diferentes aspectos de la agricultura en microgravedad. Estos experimentos podrían ser útiles en el caso relacionado de la agricultura en la superficie de la Luna o Marte (1/3 de la gravedad terrestre), que tienen niveles de gravedad significativamente más bajos que la Tierra. Las plantas toman sus señales de la gravedad para aspectos de su crecimiento, como la orientación de la raíz y el tallo. Los científicos analizan si las plantas pueden crecer adecuadamente con niveles más bajos de gravedad y cuáles son esos niveles.

Las plantas que crecen en vuelo experimentan un entorno de microgravedad, y las plantas que crecen en la superficie de Marte experimentan aproximadamente 1/3 de la gravedad que experimentan las plantas terrestres. Sin embargo, las plantas experimentan un crecimiento normal dado que se proporciona luz direccional (Plant growth strategies are remodeled by spaceflight). El crecimiento normal se clasifica como dirección opuesta de crecimiento de raíces y brotes. Dicho esto, se sabe que muchas plantas que crecieron en un entorno de vuelo espacial han sido significativamente más pequeñas que las que crecieron en la superficie de la Tierra y crecieron a un ritmo más lento

Radiación

Además de los efectos variables de la gravedad, las plantas que crecen en la superficie de Marte estarán expuestas a niveles de radiación mucho más altos que en la Tierra, a menos que estén protegidas. La exposición a altos niveles de radiación puede dañar el ADN de la planta. La degradación del ADN tiene un efecto directo sobre la germinación, el crecimiento y la reproducción de las plantas.

Iluminación artificial

La mayoría de las plantas en la Tierra tienen acceso a una gran cantidad de luz solar natural y crecen hacia esa luz, pero los investigadores deben engañar a las plantas que crecen en el espacio para que sigan este mismo comportamiento. La elección de la iluminación en las cámaras de crecimiento es una consideración importante por varias razones. Es importante usar la energía de manera eficiente en el espacio, porque los recursos son limitados. La energía no se puede desperdiciar en bombillas que no maximizan su rendimiento. Además, los diferentes tipos de iluminación crean diferentes niveles de calor, y el calor adicional es algo que las naves espaciales deben eliminar (los investigadores prefieren las bombillas que producen poco calor). Además, los astronautas no tienen espacio adicional para transportar bombillas de repuesto por el espacio, por lo que necesitan una fuente de iluminación con poder permanente, como los LED que se están optimizando con configuraciones hasta un 10 % más eficiente que los mejores sistemas equivalentes que se usan actualmente en la Tierra.

Diversos materiales de enraizamiento

Poca o ninguna gravedad puede afectar el funcionamiento de los materiales de enraizamiento. Diferentes materiales de enraizamiento y suelos son mejores que otros cuando se trata de distribución de agua y aire, ambos clave para el crecimiento exitoso de las plantas. En el espacio, los suelos granulados pueden hacer que el agua se disperse y los suelos finos pueden impedir el flujo de aire. Los investigadores están experimentando con muchas posibilidades, incluidas las partículas de arcilla, la hidroponía y un material como la turba.

Contaminantes

Las plantas crecen utilizando el aire, la humedad y la microgravedad de la nave espacial, condiciones que son diferentes a las de la Tierra. Los investigadores están estudiando si algún contaminante y organismo peligroso del espacio afectará a esas plantas cultivadas en el espacio, haciéndolas incomestibles para los humanos. Los cambios en sus códigos genéticos podrían ser dañinos de otras maneras. Existe la posibilidad de que si los astronautas trajeran las plantas y las mezclaran con las que crecen en la Tierra, podríamos terminar con la versión espacial de kudzu. Kudzu (Pueraria montana) es una especie de planta invasora, traída a los EE. UU. desde Japón a fines del siglo XIX.

Minerales necesarios

Tal como explica el estudio Can Plants Grow on Mars and the Moon: A Growth Experiment on Mars and Moon Soil Simulants el suelo marciano contiene la mayoría de los minerales necesarios para el crecimiento de las plantas, excepto el nitrógeno reactivo, que es un producto de la mineralización de la materia orgánica. Dado que la superficie marciana es deficiente en materia orgánica, falta nitrógeno reactivo. El nitrógeno reactivo es un componente necesario del suelo utilizado para el crecimiento de las plantas, y es posible que las especies fijadoras de nitrógeno, como las bacterias, puedan ayudar a suministrar nitrógeno reactivo. 

Sin embargo, en este estudio de 2014 sugirió que las plantas pudieron germinar y sobrevivir un período de 50 días en un suelo marciano y lunar mediante el uso de suelos simulados. Dicho esto, solo una de las cuatro especies experimentadas lo hizo lo suficientemente bien como para lograr la formación completa de flores, y se necesita más trabajo para lograr un crecimiento completo.

Espacio disponible limitado

Los espacios confinados de las naves espaciales son muy diferentes de las tierras de cultivo masivas y ondulantes de la Tierra. Los investigadores deben desarrollar un aparato eficiente y aerodinámico que pueda contener cultivos a medida que crecen con espacio limitado. Las máquinas de cultivo deben ser automáticas (o al menos tener esa capacidad) y poder regular el riego, la humedad, la iluminación, la circulación del aire y el suministro de nutrientes. Estas máquinas de cultivo también deben integrarse con el sistema de soporte vital para intercambiar con éxito dióxido de carbono y oxígeno.

Imagen: Rendering of greenhouses inside proposed StarLab Outpost. Credit: Nanoracks / Mack Crawford

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