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Agricultura espacial

Experimento de crecimiento de plantas Lada

La agricultura espacial se refiere al cultivo de plantas para obtener alimentos y otros materiales en el espacio o en objetos celestes fuera de la Tierra, lo que equivale a la agricultura en la Luna .

La agricultura en cuerpos celestes, como la Luna o Marte , comparte muchas similitudes con la agricultura en una estación espacial o una colonia espacial . Sin embargo, la agricultura en cuerpos celestes puede carecer de la complejidad de la microgravedad , dependiendo del tamaño del cuerpo. Cada entorno tendría diferencias en la disponibilidad de insumos para el proceso de agricultura espacial: material inorgánico necesario para el crecimiento de las plantas , medio del suelo, insolación , disponibilidad relativa de dióxido de carbono, nitrógeno y oxígeno, etc.

Introducción

Planta de calabacín en el laboratorio de Destiny

El suministro de alimentos a las estaciones espaciales y otras misiones de larga duración es costoso . Un astronauta en la Estación Espacial Internacional necesita aproximadamente "1,8 kilogramos de alimentos y envases por día". [1] Para una misión de larga duración, como una misión marciana de tres años con una tripulación de cuatro hombres, esta cantidad puede llegar a 24.000 libras (11.000 kg). [1]

Debido al coste del reabastecimiento y a la impracticabilidad de este tipo de operaciones durante las misiones interplanetarias, la perspectiva de cultivar alimentos durante los vuelos resulta increíblemente atractiva. La existencia de una granja espacial ayudaría a la creación de un entorno sostenible , ya que las plantas pueden utilizarse para reciclar aguas residuales, generar oxígeno, purificar continuamente el aire y reciclar las heces en la estación espacial o la nave espacial. [2] Tan solo 10 m2 de cultivos producen el 25% de las necesidades diarias de una persona, o unos 180-210 gramos de oxígeno. [3] Básicamente, la granja espacial convierte la nave espacial en un ecosistema artificial con un ciclo hidrológico y reciclaje de nutrientes. [4] [5]

Además de mantener la vida útil y reducir la masa total, la capacidad de cultivar alimentos en el espacio ayudaría a reducir la brecha vitamínica en las dietas de los astronautas y proporcionaría alimentos frescos con mejor sabor y textura. Actualmente, gran parte de los alimentos que se suministran a los astronautas se tratan térmicamente o se liofilizan . Ambos métodos, en su mayor parte, conservan las propiedades del alimento pretratado. Sin embargo, puede producirse una degradación de las vitaminas durante el almacenamiento. Un estudio de 2009 señaló que pueden producirse disminuciones significativas en las vitaminas A , C y K , así como en el ácido fólico y la tiamina, en tan solo un año de almacenamiento. [1] Una misión a Marte podría requerir el almacenamiento de alimentos durante hasta cinco años; por lo tanto, se necesitaría una nueva fuente de estas vitaminas. [1]

Es probable que el suministro de alimentos a otros sea una parte importante de los primeros asentamientos extraterrestres. La producción de alimentos no es una tarea trivial y es probable que sea una de las tareas más vitales y que requieren más mano de obra de los primeros colonos. Entre otras cosas, la NASA está investigando cómo lograr la agricultura espacial. [6] [7]

Desafíos técnicos

Experimento de crecimiento de plantas de soja con Astroculture avanzado

Los colonos que intenten realizar agricultura fuera de la Tierra se enfrentarán a diversos desafíos técnicos, entre ellos, el efecto de la reducción de la gravedad, la iluminación y la presión, así como el aumento de la radiación. [6] Aunque los invernaderos pueden resolver muchos de los problemas que presenta el espacio, su construcción conllevaría su propio conjunto de desafíos técnicos. [8] [9]

Las plantas que crecen en vuelo experimentan un entorno de microgravedad , y las 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 siempre que se les proporcione luz direccional. [10] El crecimiento normal se clasifica como una dirección de crecimiento opuesta de la raíz y los brotes. Dicho esto, muchas plantas cultivadas 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. [10]

Además de los efectos variables de la gravedad, las plantas que crecen en la superficie de Marte estarán expuestas a niveles mucho más altos de radiación que en la Tierra, a menos que estén protegidas. La exposición a altos niveles de radiación puede dañar el ADN de las plantas, lo que ocurre cuando los radicales hidroxilo altamente reactivos atacan el ADN. [11] La degradación del ADN tiene un efecto directo en la germinación, el crecimiento y la reproducción de las plantas. [11] La radiación ionizante también tiene un efecto en la función del PSII y puede causar una pérdida de función y la generación de radicales responsables de la fotooxidación. La intensidad de estos efectos varía de una especie a otra. [12]

El ambiente de baja presión de la superficie de Marte también ha sido motivo de preocupación. Las condiciones hipobáricas pueden afectar la fotosíntesis neta y las tasas de evapotranspiración. Sin embargo, un estudio de 2006 sugiere que mantener concentraciones elevadas de CO2 puede mitigar los efectos de las condiciones hipobáricas a niveles tan bajos como 10 kPa para lograr un crecimiento normal de las plantas. [13]

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. [14] 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, un estudio de 2014 sugirió que las plantas podían germinar y sobrevivir un período de 50 días en un suelo marciano y lunar utilizando 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. [14]

Experimentos

Entrevista con científicos horticultores de la Universidad de Florida sobre sus experimentos de agricultura espacial

Cultivos con los que se experimentó

Se han considerado los siguientes cultivos para su uso en granjas espaciales: [3] [23] patatas, cereales, arroz, frijoles, tomates, pimentón, lechuga, repollo, fresas, cebollas y pimientos.

Véase también

Referencias

Flor de zinnia en la Estación Espacial Internacional
  1. ^ abcd Cooper, Maya; Douglas, Grace; Perchonok, Michele (1 de marzo de 2011). "Desarrollo del sistema alimentario de la NASA para misiones de larga duración". Revista de ciencia alimentaria . 76 (2): R40–R48. doi : 10.1111/j.1750-3841.2010.01982.x . ISSN  1750-3841. PMID  21535783.
  2. ^ "Libro blanco. El esfuerzo en la agricultura espacial". Open Agriculture . 1 (1): 70–73. 26 de mayo de 2016. doi : 10.1515/opag-2016-0011 . ISSN  2391-9531.
  3. ^ Revista de Kijk 9/2015
  4. ^ Maggi F. y C. Pallud, (2010), Agricultura espacial en micro e hipogravedad: un estudio comparativo de la hidráulica del suelo y la biogeoquímica en una unidad de cultivo en la Tierra, Marte, la Luna y la estación espacial, Planet. Space Sci. 58, 1996–2007, doi:10.1016/j.pss.2010.09.025.
  5. ^ Maggi F. y C. Pallud, (2010), Agricultura de base marciana: el efecto de la baja gravedad en el flujo de agua, los ciclos de nutrientes y la dinámica de la biomasa microbiana, Advances in Space Research 46, 1257-1265, doi:10.1016/j.asr.2010.07.012
  6. ^ ab Moskowitz, Clara (15 de mayo de 2013). "¿Agricultura en Marte? La NASA considera el suministro de alimentos para la misión de 2030". Fox News . Consultado el 18 de mayo de 2014 .
  7. ^ Wheeler, Raymond M. (10 de febrero de 2017). "Agricultura para el espacio: personas y lugares allanando el camino". Agricultura abierta . 2 (1): 14–32. doi : 10.1515/opag-2017-0002 . ISSN  2391-9531.
  8. ^ Schubert, D. (5 de abril de 2017). "Análisis de la producción de gases de efecto invernadero de los primeros escenarios de misión para los hábitats de la Luna y Marte". Open Agriculture . 2 (1): 91–115. doi : 10.1515/opag-2017-0010 . ISSN  2391-9531.
  9. ^ Zeidler, Conrad; Vrakking, Vincent; Bamsey, Matthew; Poulet, Lucie; Zabel, Paul; Schubert, Daniel; Paille, Christel; Mazzoleni, Erik; Domurath, Nico (25 de marzo de 2017). "Módulo de invernadero para el sistema espacial: un diseño de invernadero lunar". Agricultura abierta . 2 (1): 116–132. doi : 10.1515/opag-2017-0011 . ISSN  2391-9531.
  10. ^ ab Paul, Anna-Lisa; Amalfitano, Claire E.; Ferl, Robert J. (7 de diciembre de 2012). "Las estrategias de crecimiento de las plantas se remodelan mediante los vuelos espaciales". BMC Plant Biology . 12 : 232. doi : 10.1186/1471-2229-12-232 . ISSN  1471-2229. PMC 3556330 . PMID  23217113. 
  11. ^ ab Esnault, Marie-Andrée; Legue, Florence; Chenal, Christian (2010). "Radiación ionizante: avances en la respuesta de las plantas". Botánica ambiental y experimental . 68 (3): 231–237. doi :10.1016/j.envexpbot.2010.01.007.
  12. ^ Micco, Verónica De; Arena, Carmen; Pignalosa, Diana; Durante, Marco (1 de marzo de 2011). "Efectos de la radiación escasa y densamente ionizante en las plantas". Radiación y biofísica ambiental . 50 (1): 1–19. doi :10.1007/s00411-010-0343-8. ISSN  0301-634X. PMID  21113610. S2CID  28544281.
  13. ^ Richards, Jeffrey T.; Corey, Kenneth A.; Paul, Anna-Lisa; Ferl, Robert J.; Wheeler, Raymond M.; Schuerger, Andrew C. (1 de diciembre de 2006). "Exposición de Arabidopsis thaliana a ambientes hipobáricos: implicaciones para los sistemas de soporte vital biorregenerativo de baja presión para misiones de exploración humana y terraformación en Marte". Astrobiología . 6 (6): 851–866. Bibcode :2006AsBio...6..851R. doi :10.1089/ast.2006.6.851. ISSN  1531-1074. PMID  17155885.
  14. ^ ab Wamelink, GW Wieger; Frissel, Joep Y.; Krijnen, Wilfred HJ; Verwoert, M. Rinie; Goedhart, Paul W. (27 de agosto de 2014). "¿Pueden crecer las plantas en Marte y la Luna? Un experimento de crecimiento en simuladores de suelo de Marte y la Luna". MÁS UNO . 9 (8): e103138. Código Bib : 2014PLoSO...9j3138W. doi : 10.1371/journal.pone.0103138 . ISSN  1932-6203. PMC 4146463 . PMID  25162657. 
  15. ^ "NASA - Sistema de cultivo modular europeo". Archivado desde el original el 25 de noviembre de 2010. Consultado el 22 de abril de 2014 .
  16. ^ "La NASA otorga 125.000 dólares para financiar una impresora 3D de alimentos". 3ders News . 21 de mayo de 2013 . Consultado el 18 de mayo de 2014 .
  17. ^ "NASA - Sistema de producción de vegetales". nasa.gov . Consultado el 8 de diciembre de 2017 .
  18. ^ China está a punto de hacer aterrizar huevos vivos en el otro lado de la Luna Archivado el 2 de enero de 2019 en Wayback Machine . Yasmin Tayag, Inverse . 2 de enero de 2019.
  19. ^ Experimento LPX sobre plantas lunares. NASA. Consultado el 5 de enero de 2019.
  20. ^ La próxima frontera de la NASA: el cultivo de plantas en la Luna. Tarun Wadhwa, Forbes . 2013.
  21. ^ "EDEN ISS | Demostración terrestre de tecnologías de cultivo de plantas y operación en el espacio" . Consultado el 21 de junio de 2021 .
  22. ^ "DLR - Instituto de Sistemas Espaciales - EDEN ISS" www.dlr.de . Consultado el 21 de junio de 2021 .
  23. ^ Wheeler, Raymond (2010). "Plantas para el sustento de la vida humana en el espacio: de Myers a Marte". Gravitational and Space Biology . 23 : 25–36.

Enlaces externos