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plantas en el espacio

Planta Zinnia en flor a bordo de una estación espacial en órbita terrestre

El crecimiento de plantas en el espacio exterior ha despertado mucho interés científico. [1] A finales del siglo XX y principios del XXI, a menudo se llevaban plantas al espacio en órbita terrestre baja para cultivarlas en un entorno controlado, ingrávido pero presurizado, a veces llamado jardines espaciales. [1] En el contexto de los vuelos espaciales tripulados, se pueden consumir como alimento y proporcionar una atmósfera refrescante. [2] Las plantas pueden metabolizar el dióxido de carbono en el aire para producir oxígeno valioso y pueden ayudar a controlar la humedad de la cabina. [3] Cultivar plantas en el espacio puede proporcionar un beneficio psicológico a las tripulaciones de vuelos espaciales tripulados. [3] Por lo general, las plantas formaban parte de estudios o desarrollo técnico para desarrollar aún más jardines espaciales o realizar experimentos científicos. [1] Hasta la fecha, las plantas llevadas al espacio han tenido principalmente interés científico, con contribuciones limitadas a la funcionalidad de la nave espacial; sin embargo, el proyecto del árbol Apollo Moon fue una misión más o menos inspirada en la silvicultura y los árboles son parte de la celebración del bicentenario de un país.

El primer desafío al cultivar plantas en el espacio es cómo hacer que las plantas crezcan sin gravedad. [4] Esto enfrenta dificultades con respecto a los efectos de la gravedad en el desarrollo de las raíces, la integración del suelo y el riego sin gravedad, proporcionando tipos apropiados de iluminación y otros desafíos. En particular, el suministro de nutrientes a las raíces, así como los ciclos biogeoquímicos de los nutrientes y las interacciones microbiológicas en los sustratos del suelo son particularmente complejos, pero se ha demostrado que hacen posible la agricultura espacial en hipo y microgravedad. [5] [6]

La NASA planea cultivar plantas en el espacio para ayudar a alimentar a los astronautas y brindar beneficios psicológicos para los vuelos espaciales a largo plazo. [7] En 2017, a bordo de la ISS, en un dispositivo de crecimiento de plantas, la quinta cosecha de col china ( Brassica rapa ) incluía una asignación para el consumo de la tripulación, mientras que el resto se guardaba para su estudio. [8] Una de las primeras discusiones sobre las plantas en el espacio fueron los árboles en la estación espacial lunar de ladrillo, en el cuento de 1869 " The Brick Moon ". [9]

Historia

Se discute el sistema de producción de hortalizas para la ISS

En la década de 2010 hubo un mayor deseo de realizar misiones espaciales a largo plazo, lo que llevó al deseo de producir plantas en el espacio como alimento para los astronautas. [10] Un ejemplo de esto es la producción de hortalizas en la Estación Espacial Internacional en órbita terrestre. [10] Para el año 2010, se habían realizado 20 experimentos de crecimiento de plantas a bordo de la Estación Espacial Internacional . [1]

Varios experimentos se han centrado en cómo se compara el crecimiento y la distribución de las plantas en microgravedad, condiciones espaciales y condiciones terrestres. Esto permite a los científicos explorar si ciertos patrones de crecimiento de las plantas son innatos o están impulsados ​​por el medio ambiente. Por ejemplo, Allan H. Brown probó los movimientos de las plántulas a bordo del transbordador espacial Columbia en 1983. Los movimientos de las plántulas de girasol se registraron mientras estaban en órbita. Observaron que las plántulas aún experimentaban crecimiento rotacional y circuntación a pesar de la falta de gravedad, lo que demuestra que estos comportamientos son instintivos. [11]

Otros experimentos han descubierto que las plantas tienen la capacidad de exhibir gravitropismo , incluso en condiciones de baja gravedad. Por ejemplo, el Sistema de Cultivo Modular Europeo de la ESA [12] permite experimentar con el crecimiento de las plantas; Actuando como un invernadero en miniatura , los científicos a bordo de la Estación Espacial Internacional pueden investigar cómo reaccionan las plantas en condiciones de gravedad variable. El experimento Gravi-1 (2008) utilizó el EMCS para estudiar el crecimiento de las plántulas de lentejas y el movimiento de amiloplastos en las vías dependientes del calcio. [13] Los resultados de este experimento encontraron que las plantas eran capaces de sentir la dirección de la gravedad incluso a niveles muy bajos. [14] Un experimento posterior con el EMCS colocó 768 plántulas de lentejas en una centrífuga para estimular varios cambios gravitacionales; Este experimento, Gravi-2 (2014), demostró que las plantas cambian la señalización del calcio hacia el crecimiento de las raíces mientras crecen en varios niveles de gravedad. [15]

Muchos experimentos tienen un enfoque más generalizado al observar patrones generales de crecimiento de las plantas en lugar de un comportamiento de crecimiento específico. Uno de esos experimentos de la Agencia Espacial Canadiense , por ejemplo, encontró que las plántulas de abeto blanco crecían de manera diferente en el ambiente espacial antigravedad en comparación con las plántulas en la Tierra; [16] las plántulas espaciales exhibieron un mayor crecimiento a partir de los brotes y las agujas, y también tuvieron una distribución aleatoria de amiloplastos en comparación con el grupo de control terrestre. [17]

La producción de alimentos es clave para hacer viable la exploración espacial. Actualmente, el costo de enviar alimentos a la Estación Espacial Internacional (ISS) se estima entre 20 000 y 40 000 dólares por kg, y cada miembro de la tripulación recibe ~1,8 kg de alimentos (más envases) por día. Reabastecerse de alimentos desde la Tierra, una estación espacial en órbita lunar o una habitación en Marte será mucho más costoso. Se espera que los primeros viajes a Marte sean un viaje de ida y vuelta de tres años, y se ha estimado que una tripulación de cuatro personas necesitaría entre 10.000 y 11.000 kg de alimentos. [18]

Esfuerzos tempranos

Los primeros organismos en el espacio fueron "cepas de semillas especialmente desarrolladas" lanzadas a 134 km (83 millas) el 9 de julio de 1946 en un cohete V-2 lanzado por Estados Unidos . Estas muestras no fueron recuperadas. Las primeras semillas lanzadas al espacio y recuperadas con éxito fueron semillas de maíz lanzadas el 30 de julio de 1946. Pronto siguieron el centeno y el algodón . Estos primeros experimentos biológicos suborbitales fueron realizados por la Universidad de Harvard y el Laboratorio de Investigación Naval y se referían a la exposición a la radiación en tejidos vivos. [19] El 22 de septiembre de 1966, el Kosmos 110 se lanzó con dos perros y semillas hidratadas. Varias de esas semillas germinaron, las primeras en hacerlo, dando como resultado lechugas, repollos y algunos frijoles que tuvieron mayor rendimiento que sus controles en la Tierra. [20] En 1971, 500 semillas de árboles ( pino taquilla , sicomoro , liquidámbar , secuoya y abeto Douglas ) volaron alrededor de la Luna en el Apolo 14 . Estos árboles lunares fueron plantados y cultivados con controles en la Tierra, donde no se detectaron cambios.

Era de la estación espacial

La lechuga Mizuna parecida a la rúcula crece para Veg-03
Una joven planta de girasol a bordo de la ISS [21]

En 1982, la tripulación de la estación espacial soviética Salyut 7 llevó a cabo un experimento, preparado por científicos lituanos (Alfonsas Merkys y otros), y cultivó algunas Arabidopsis utilizando el aparato de microinvernadero experimental Fiton-3, convirtiéndose así en las primeras plantas en florecer y producir. semillas en el espacio. [22] [23] Un experimento de Skylab estudió los efectos de la gravedad y la luz en las plantas de arroz . [24] [25] El invernadero espacial SVET-2 logró con éxito el crecimiento de plantas de semilla a semilla en 1997 a bordo de la estación espacial Mir . [3] Bion 5 llevaba Daucus carota y Bion 7 llevaba maíz (también conocido como maíz).

La investigación vegetal continuó en la Estación Espacial Internacional . El sistema de producción de biomasa se utilizó en la Expedición 4 de la ISS . El sistema Vegetal Production System (Veggie) se utilizó posteriormente a bordo de la ISS. [26] Las plantas probadas en Veggie antes de ir al espacio incluyeron lechuga, acelgas, rábanos, col china y guisantes. [27] La ​​lechuga romana roja se cultivó en el espacio en la Expedición 40 y se cosechó cuando estaba madura, se congeló y se probó en la Tierra. Los miembros de la Expedición 44 se convirtieron en los primeros astronautas estadounidenses en comer plantas cultivadas en el espacio el 10 de agosto de 2015, cuando se recogió su cosecha de lechuga romana roja. [28] Desde 2003, los cosmonautas rusos se han estado comiendo la mitad de su cosecha, mientras que la otra mitad se destina a futuras investigaciones. [29] En 2012, un girasol floreció a bordo de la ISS bajo el cuidado del astronauta de la NASA Donald Pettit . [30] En enero de 2016, los astronautas estadounidenses anunciaron que una zinnia había florecido a bordo de la ISS. [31]

En 2017, se diseñó el Advanced Plant Habitat para la ISS, que era un sistema de crecimiento de plantas casi autosostenible para esa estación espacial en órbita terrestre baja. [32] El sistema está instalado en paralelo con otro sistema de cultivo de plantas a bordo de la estación, VEGGIE, y una diferencia importante con ese sistema es que APH está diseñado para necesitar menos mantenimiento por parte de los humanos. [32] APH cuenta con el respaldo de Plant Habitat Avionics Real-Time Manager . [32] Algunas plantas que se iban a probar en APH incluyen el trigo enano y la arabidopsis. [32] En diciembre de 2017, se entregaron cientos de semillas a la ISS para su crecimiento en el sistema VEGGIE. [33]

En 2018, el experimento Veggie-3 en la ISS se probó con almohadas de plantas y esteras de raíces. [34] Uno de los objetivos es cultivar alimentos para el consumo de la tripulación. [34] Los cultivos probados en este momento incluyen repollo , lechuga y mizuna . [34] En 2018, se probó el sistema PONDS para la entrega de nutrientes en microgravedad. [35]

Vista interior de un hipotético hábitat espacial cilíndrico de O'Neill , que muestra franjas alternas de tierra y ventanas.

En diciembre de 2018, el Centro Aeroespacial Alemán lanzó el satélite EuCROPIS a la órbita terrestre baja. Esta misión lleva dos invernaderos destinados a cultivar tomates bajo la gravedad simulada de primero la Luna y luego Marte (6 meses cada uno) utilizando subproductos de la presencia humana en el espacio como fuente de nutrientes. [ cita necesaria ] [ necesita actualización ]

La serie de experimentos Seedling Growth para estudiar los mecanismos de los tropismos y el ciclo celular se realizaron en la ISS entre 2013 y 2017. [36] [37] Estos experimentos también involucraron el uso de la planta modelo Arabidopsis thaliana, y fueron una colaboración entre la NASA ( John Z. Kiss como IP) y ESA (F. Javier Medina como IP). [38] [37]

El 30 de noviembre de 2020, los astronautas a bordo de la ISS recogieron la primera cosecha de rábanos cultivados en la estación. Se recolectaron y prepararon un total de 20 plantas para su transporte de regreso a la Tierra. Actualmente hay planes para repetir el experimento y cultivar un segundo lote. [39]

Superficie lunar

El módulo de aterrizaje lunar Chang'e 4 en enero de 2019 llevaba una "biosfera" sellada de 3 kg (6,6 libras) con muchas semillas y huevos de insectos para probar si las plantas y los insectos podían eclosionar y crecer juntos en sinergia. [40] El experimento incluyó semillas de patatas, tomates y Arabidopsis thaliana (una planta con flores), así como huevos de gusanos de seda . Éstas se convirtieron en [ cita requerida ] las primeras plantas cultivadas en la Luna . Los sistemas ambientales mantendrán el contenedor hospitalario y parecido a la Tierra, excepto por la baja gravedad lunar. [41] Si los huevos eclosionan, las larvas producirían dióxido de carbono, mientras que las plantas germinadas liberarían oxígeno a través de la fotosíntesis . Se espera que juntos, las plantas y los gusanos de seda puedan establecer una sinergia simple dentro del contenedor. Una cámara en miniatura fotografiará cualquier crecimiento. El experimento biológico fue diseñado por 28 universidades chinas. [42] [ necesita actualización ] [43]

También se ha demostrado que el suelo lunar permite que crezcan las plantas, según lo probado en un laboratorio de la Universidad de Florida. [44] Estos experimentos demostraron que, si bien la planta Arabidopsis thaliana puede germinar y crecer en suelo lunar, se presentan desafíos en la capacidad de las plantas para prosperar, ya que muchas tardaron en desarrollarse. Las plantas que germinaron mostraron indicios morfológicos y transcriptómicos de estrés. [45]

Plantas cultivadas en el espacio.

Lechuga cultivada en el espacio a bordo de la ISS

Las plantas cultivadas en el espacio incluyen:

experimentos

Ilustración de plantas que crecen en una hipotética base de Marte.

Algunos experimentos con plantas incluyen:

Ver también

Referencias

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