Cada año, más o menos por este tiempo,
los chicos del hemisferio norte empiezan a sembrar semillas y
a cuidar de cultivos en el salón de clases. Es una tradición
familiar de la primavera. Pero si los científicos de NASA
se salen con la suya, este ritual de jardinería anual
podría convertirse en mucho más — ¡entrenamiento
para astronautas!
Para futuros viajeros espaciales, los cultivos serán
cuestión de supervivencia. Las plantas no solo proveerán
alimento cuando los envíos de la Tierra no sean posibles,
sino que también trabajarán para hacer el aire
respirable y el agua potable. Plantas y personas — dos clases
muy diferentes de astronautas — eventualmente vivirán
juntos en un hábitat balanceado y autosuficiente, donde
el contacto con la Tierra es un lujo, no una necesidad.
Derecha: Cuando se construye un «invernadero»
en el espacio, la fuente de luz debe ser tan eficiente como sea
posible para reducir la demanda de energía. Esta fotografía
muestra trigo creciendo con luz proveniente de diodos que emiten
luz Light Emitting Diodes (LEDs) por sus
siglas en inglés — la misma tecnología que se
utiliza para las luces indicadoras en productos electrónicos.
Los LEDs ahorran energía al emitir luz sólo en
frecuencias que las plantas utilizan para el proceso de fotosíntesis.
Este concepto de colonias autosuficientes en el espacio —
o hasta en otros planetas — ha existido por varias décadas
en las páginas de innumerables novelas de ciencia-ficción.
El progreso de la Estación Espacial Internacional (EEI)
hace que esta visión se acerque más a la realidad,
pero la EEI no es autosuficiente. Sus sistemas de soporte de
vida son estrictamente mecánicos, de tal manera que los
alimentos deben transportarse de la Tierra
«Con el fin de perseguir una exploración
del espacio de larga duración, que sea económicamente
viable — y aun de posible realización — debemos incluir
la biología dentro del sistema general de soporte de vida,
» dice Chris Brown, director de programas espaciales del
Instituto Kenan para Ingeniería, Tecnología y Ciencia
en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
Los investigadores de NASA de los Centros Espaciales Kennedy
(KSC) y Johnson (JSC) están tratando de averiguar exactamente
como se llevaría esto a cabo. Están estudiando
tecnologías que podrían reunir personas, plantas,
microbios y máquinas en «ecosistemas» en miniatura,
con capacidad para sostener a los viajeros espaciales indefinidamente.
Este tipo de soporte de vida — llamado bioregenerativo»
— sería completamente autosuficiente, creando un microcosmos
ecológicamente confiable donde cada elemento sostiene
y es sostenido por cada uno de los otros.
«Si verdaderamente queremos abandonar la Tierra de forma
permanente, necesitamos saber cómo esta esfera azul nos
sostendrá a todos y de alguna manera reproducir exactamente
las partes que son necesarias para una vida continuada,»
dice Jay Garland, Científico Jefe del Proyecto para Soporte
bioregenerativo de Vida de Dynamac, Inc., en el Centro Espacial
Kennedy.
Los humanos y las plantas son compañeros ideales para
viajes espaciales. Los humanos consumen oxígeno y emiten
bióxido de carbono. Las plantas devuelven el favor consumiendo
bióxido de carbono y emitiendo oxígeno. Los humanos
consumen las partes comestibles de las plantas para alimentarse,
mientras que los desechos y las partes no comestibles de las
plantas pueden — después de ser descompuestos por microbios
en tanques llamados «bioreactores» – producir fertilizantes
para cultivo de las plantas. Las plantas y los microbios pueden
también cooperar para purificar el agua, seguramente con
la ayuda de máquinas. El único ingrediente necesario
para mantener este sistema en operación continuada es
la energía en forma de luz.
Arriba:Los tres elementos principales
de un sistema bioregenerativo de soporte de vida son las personas,
las plantas y los microbios. Este dibujo muestra como cada uno
sostiene a los otros para crear un sistema ecológico «cerrado».
(El agua mostrada en color gris no es agua negra, es agua sucia
o jabonosa proveniente de por ejemplo, actividades higiénicas
de los humanos.)
Esto, claro está, es solo un esquema simplificado.
Para los científicos e ingenieros que están tratando
de diseñar un sistema real, la dificultad está
en los detalles.
El encontrar, por ejemplo las especies de plantas adecuadas
para un «cultivo especial»es un proceso laborioso.
«Las plantas serán el eje central del sistema
de soporte de vida – o al menos la parte biológica del
sistema,» dice Brown.
La planta ideal para el espacio tendría tallos cortos
para ahorrar espacio, tendría pocas partes no comestibles,
crecería bien en poca luz, y sería resistente a
enfermedades originadas por microbios. En estos momentos el Centro
Espacial Kennedy está investigando la selección
de variedades de trigo, arroz, lechuga, papas y otras plantas
que cumplen con estos criterios.
zquierda:¡Cuando se vive a millones de kilómetros
de la Tierra, no se puede permitir una mala cosecha! Los científicos
están utilizando procesos de alta tecnología para
encontrar las más adecuadas especies de plantas y sistemas
de cultivo para asegurar cosechas eficientes y confiables.
Los investigadores están también trabajando
para desarrollar un «invernadero» que funcione correctamente
en el espacio.
En un invernadero en órbita, las plantas en caída
libre no sienten la constante fuerza de atracción de la
gravedad. Como resultado, el agua se distribuye en forma homogénea
dentro del material que reemplaza la tierra alrededor de las
raíces y esto hace que sea más difícil que
el agua y el aire lleguen en cantidad suficiente a las raíces.
Los investigadores tenían que escoger muy cuidadosamente
el tamaño de los granos de «tierra». Si los
granos son demasiado grandes las raíces no reciben suficiente
agua, si son demasiado pequeños, no reciben suficiente
aire. (El tamaño correcto resultó ser de 1 to 2
milímetros; para mayor información, ver nota
del editor al final de este artículo.)
En un ambiente como el de la Estación en órbita,
existe menos aire en circulación — ¡las plantas
pueden sofocarse un su propio oxígeno «exhalado»!
Los ingenieros deben proveer ventiladores para mantener el aire
en movimiento.
De todas maneras, los investigadores advierten que la solución
por separado de todos estos problemas no garantizará que
el sistema funcione correctamente cuando todas las partes han
sido ensambladas.
«Existe el interrogante de cómo progresaría
el sistema completo con el tiempo,» dice Garland. «Además
de la preocupación de cómo las varias especies
de microbios pasarían por el proceso de sucesión
(es decir la secuencia de reemplazos de una especie de microbios
por otra), debemos considerar efectos evolutivos. Con respecto
a los microbios, con su corto tiempo entre generaciones, estamos
hablando de escalas de tiempo que durante misiones prolongadas,
podrían dar lugar a cambios evolutivos radicales.»
Con el fin de comprobar como las personas, las plantas y los
microbios se comportan cuando se les aísla por un largo
periodo de tiempo, el Centro Espacial Johnson está construyendo
una cámara de prueba llamada BIO-Plex.
Esta cámara estará equipada con todos los elementos
de un sistema bioregenerativo de soporte de vida — incluyendo
los humanos.
En caso de que usted considere que estas burbujas autosuficientes
de vida fuera de la atmósfera terrestre, no estén
al nivel imaginativo de la ciencia-ficción, los investigadores
de NASA están estudiando la manera de cómo la combinación
de biotecnología y nanotecnología podrían
mejorar estas»burbujas» de maneras alucinantes.
Como ejemplo, futuros avances en biotecnología y nanotecnología
podrían permitir a los científicos alterar los
genes de las plantas de tal manera que sus células produzcan
pequeños sensores, transmisores y receptores moleculares.
Estos elementos supervisarían las funciones internas de
las plantas e informarían sobre su salud, con el fin de
asegurar una buena cosecha; podrían también convertir
a las plantas en entes controlables que producirían flores
y frutos bajo comando.
Derecha: Los planes de diseño
para futuras estaciones humanas extraterrestres, probablemente
incluirían plantas como parte del sistema de soporte de
vida. Cuando estas estaciones se conviertan en realidad, las
plantas tendrán propiedades extraordinarias, que han sido
posibles gracias a la biotecnología y a la nanotecnología.
Una idea paralela es la de diseñar plantas que produzcan
ciertas sustancias químicas que las protegerían
del aumento de radiación en el espacio y en planetas con
atmósferas poco densas tales como Marte. Brown también
sugiere que dispositivos nanotecnológicos dentro de las
células de las plantas podrían suministrar luz
directamente a las partes de las células que efectúan
la fotosíntesis, haciéndolas más eficientes.
«Existen preguntas sobre factibilidad, pero … ninguna
podría detenernos completamente,» dice Brown, quien
escribió un estudio
sobre los usos potenciales de la nanotecnología para estos
sistemas se soporte de vida.
«Tal vez no podamos realizar esto hoy en día,
pero nada que estemos considerando está contra las leyes
de la física, la química o de la naturaleza,»
dice.
Un sistema bioregenerativo de soporte de vida seguramente
nunca va a reemplazar al sistema mecánico instalado en
la Estación Espacial, agrega Garland. Cuando más,
una pequeña cosecha puede cultivarse allí para
proveer alimentos frescos. Pero eventualmente, con la ayuda de
plantas y microbios, futuras Estaciones Espaciales — o bases
en la Luna o en Marte — podrían llegar a ser verdaderos
mundos autosuficientes.
Nota del Editor: : ¿Porque el tamaño de
los granos de la tierra es importante para las plantas en órbita?
Una tierra con granos pequeños como la arcilla podría
ser una esponja eficiente, almacenando mucha agua, pero no mucho
aire. Un terreno con granos de mayor tamaño como cascajo
no tendría las características de la esponja, conteniendo
mucho aire pero nada de agua. Aquí en la tierra el tamaño
de los granos no es muy importante porque el agua se filtra hacia
abajo — un proceso que permite que la tierra alrededor de las
raíces de la planta se ventile. En un ambiente de caída
libre (equivalente a gravedad cero), no hay filtración
hacia abajo. Es importante, por consiguiente, escoger el tamaño
correcto de los granos para que la acción
capilar distribuya agua a las raíces, dejando espacio
para el aire.
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