Astronautas de Color Verde

Los científicos de NASA están aprendiendo a cultivar plantas en el espacio. Estos remotos cultivos eventualmente tomarán su lugar junto a personas, microbios y máquinas en hábitats autónomos para astronautas.
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.

Isquierda: 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.

Izquierda: ¡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.