Investigadores creativos están trabajando en soluciones para abastecer a los astronautas durante los viajes espaciales de larga distancia.
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Con el éxito de la reciente misión Artemis II y la IPO de SpaceX dirigida a la luna, la perspectiva de la exploración del espacio profundo nunca ha estado tan cerca. Con eso surge la pregunta: ¿cómo se alimenta a un astronauta en el espacio?
El programa Artemis de la NASA está sentando las bases para viajes espaciales cada vez más largos, incluida la primera misión humana a Marte a principios de la década de 2030. Al mismo tiempo, empresas privadas como SpaceX, Blue Origin y Virgin Galactic están reduciendo el costo de acceso al espacio, lo que permitirá enviar la carga necesaria para respaldar misiones prolongadas. Aún así, el costo del reabastecimiento sigue siendo uno de los mayores obstáculos en la exploración del espacio profundo.
Un viaje a Marte duraría unos 900 días. La tripulación de seis miembros necesitó aproximadamente 10.000 kg de alimentos durante ese período. Para reducir ese número, iniciativas como el Deep Space Food Consortium y la División de Ciencias Físicas y Biológicas de la NASA están buscando nuevas soluciones tecnológicas para cultivar alimentos en el espacio. Como beneficio adicional, este enfoque innovador podría ayudarnos a resolver los desafíos que enfrentamos en la Tierra mientras descubrimos cómo alimentar a una población global en crecimiento.
Hackear la fotosíntesis
La agricultura tradicional requiere una gran superficie de tierra y mucha luz solar, dos insumos que están claramente limitados en espacio. Más de la mitad de la superficie terrestre de Estados Unidos se utiliza con fines agrícolas. El hecho de que las plantas conviertan menos del 1% de la energía solar en calorías comestibles presenta una limitación importante para la producción de cultivos, especialmente en entornos similares a los fotones, como las naves espaciales, la Luna o Marte. Una cosa que todos aprendemos en biología es que las plantas usan fotones de luz para convertir el dióxido de carbono (CO2) del aire en azúcar y energía que les permite crecer, un proceso llamado fotosíntesis. Hoy, sin embargo, algunos científicos cuestionan el paradigma fundamental y buscan formas de aumentar la eficiencia energética de las plantas cortando la fotosíntesis.
Robert Jinkerson, profesor de Química e Ingeniería Ambiental en UC Riverside, ha descubierto cómo cultivar plantas en la oscuridad. Su equipo, junto con el grupo de Feng Jiao de la Universidad de Washington en St. Louis, ha sido pionero en un nuevo campo de electroagricultura que permite la conversión directa del CO2 atmosférico en biomasa vegetal, sin luz.
Este método se desarrolló nuevamente en 2021 como parte del Deep Space Food Challenge, una competencia patrocinada por la NASA y la Agencia Espacial Canadiense. En su núcleo hay dos tecnologías principales: un dispositivo llamado electrolizador, que convierte el CO2 en acetato, y plantas genéticamente modificadas que pueden utilizar ese acetato para crecer en ausencia de luz. La conversión electroquímica directa es más eficiente energéticamente que la agricultura tradicional, lo cual es especialmente importante para las plantas cultivadas en interiores con luz artificial.
“Cuando se cultivan plantas en interiores, ahí es donde nuestro proceso realmente brilla”, explicó Jinkerson. “En un ambiente controlado como un jardín vertical o un invernadero, usar electricidad para convertir energía en luz con LED no es la forma más eficiente porque las plantas desperdician la mayor parte de esa energía”.
No es fácil inducir a las plantas a utilizar acetato para obtener energía en lugar de la fotosíntesis. Para ello, los científicos utilizan la edición CRISPR múltiple para reorganizar el metabolismo de las plantas. Las semillas utilizan nutrientes almacenados, como carbohidratos y grasas, para crecer bajo tierra. Sin embargo, una vez que las semillas se exponen a la luz solar, pasan a la fotosíntesis. CRISPR permite a los científicos reactivar vías metabólicas inactivas existentes para la germinación de semillas.
Inicialmente, el equipo de Jinkerson probó este enfoque no en plantas, sino en hongos, levaduras y algas cultivadas en la oscuridad. Calcularon un aumento de dieciocho veces en la eficiencia con este método. También demostraron que plantas como lechuga, tomates y pimientos cultivados en la oscuridad pueden incorporar acetato marcado con carbono 13 (un isótopo pesado de carbono) en sus tejidos. Aunque las plantas alimentadas con acetato permanecieron vivas, las ganancias de energía no fueron lo suficientemente altas como para permitirles crecer en tamaño.
El equipo mejoró la genética de la planta para que sea más eficiente en la conversión de acetato en biomasa y la probó en la Estación Espacial Internacional durante un experimento de 30 días el año pasado. Paralelamente al proyecto, Jinkerson trabajó con la profesora de UC Riverside Martha Orozco-Cardenas y Gioia Massa, directora de programas en el Centro Espacial Kennedy de la NASA, para desarrollar tomates SPACE (abreviatura de Small Plants for Agriculture in Confined Environments) energéticamente eficientes diseñados para tener hojas y tallos más pequeños y al mismo tiempo producir más frutos.
Llevar la innovación del espacio a la Tierra
Además del espacio y la luz limitados, cultivar alimentos en el espacio presenta otras dificultades inesperadas. En ausencia de gravedad, incluso regar las plantas se convierte en un desafío de ingeniería. El calor y la humedad se acumulan alrededor de las hojas, tallos y raíces de las plantas, y complementar el suelo con acetato exacerba el riesgo de contaminación microbiana.
Los investigadores de la NASA han diseñado una “almohada vegetal” especial para solucionar este problema. Interstellar Lab, una empresa de biotecnología franco-estadounidense, ha ideado un enfoque alternativo: comenzar a desarrollar un sistema de circuito cerrado que recicla aire, agua y nutrientes para apoyar el cultivo de plantas, hongos e incluso insectos. Interstellar Lab es el ganador del Deep Space Food Challenge 2024. Su próxima ambición, llamada “La misión del Principito” por el libro de Antoine de Saint-Exupéry, es cultivar rosas en la Luna.
Esta innovación, aunque originalmente fue diseñada para permitir la exploración espacial, también podría ayudar con los problemas de seguridad alimentaria en la Tierra. por apoyar la producción de alimentos en áreas densas, entornos hostiles o en escenarios de desastre. Los suplementos de acetato pueden reemplazar la agricultura vertical, que en gran medida ha fracasado, y permitir el uso de plantas como fábricas para producir productos farmacéuticos, vacunas o ingredientes de alto valor que mejoren nuestra salud, todo sin competir por las tierras de cultivo.
“Dentro de cien o doscientos años nuestra agricultura será muy diferente”, afirma Jinkerson. “Podremos producir alimentos en un entorno muy controlado y será más sostenible. Por ejemplo, podremos producir sólo la parte que comemos, sin toda la planta..“
Suena ambicioso. Pero si lo piensas bien, casi todas las innovaciones que hoy damos por sentado comienzan como un lanzamiento a la luna.
Gracias a Katia Tarasava por la investigación adicional y los informes sobre este artículo.
