Científicos buscan cultivar plantas fuera de la Tierra: claves para futuras misiones a la Luna y a Marte

Científicos impulsan proyectos de agricultura espacial para futuras misiones a la Luna y Marte con un objetivo doble: aprender a cultivar en entornos sin suelos fértiles ni condiciones estables y trasladar ese conocimiento a problemas terrestres como el tratamiento de aguas residuales, la producción de alimentos y la gestión de recursos en sistemas cerrados.

La iniciativa es liderada por el Centro Aeroespacial de Ciencia, Tecnología, Investigación y Aplicaciones (ASTRA), de la Universidad del Sur de Florida (USF). Buena parte de ese trabajo ocurre en la Tierra, donde investigadores de todo el campus simulan en laboratorio las tensiones que plantas, microbios y otros sistemas biológicos enfrentarían fuera del planeta. El eje común es medir cómo responden a temperaturas extremas, recursos limitados y ambientes confinados antes de llevar esas pruebas a escenarios más cercanos a una misión real.

Stephanie Carey, profesora asociada e investigadora principal del Centro ASTRA de la USF, explicó que el programa reúne a ingenieros, botánicos e investigadores de la salud en proyectos espaciales con aplicaciones terrestres. “Estamos creando equipos multidisciplinarios de ingenieros, botánicos e investigadores de la salud que contribuyen a proyectos espaciales y sus aplicaciones en la Tierra. Esto le brinda a la USF la oportunidad de consolidarse como líder en este campo”.

Los manglares y las plantas costeras

En el laboratorio de Christina Richards, profesora asociada, el foco está puesto en plantas silvestres adaptadas a ambientes difíciles, en especial especies costeras como la hierba de marisma Spartina alterniflora y los manglares rojos. La conexión con la botánica espacial surgió cuando su estudiante de posgrado Jessica Bains planteó ese interés y el equipo vio que los mecanismos de adaptación al estrés podían estudiarse con herramientas útiles para la exploración extraterrestre.

Richards definió la agricultura espacial como el estudio de cómo cultivar plantas en entornos extremadamente difíciles. “Al principio, vi este tema como una oportunidad para aplicar nuestros métodos en genómica y comprender cómo las plantas regulan esas respuestas ante el estrés que sufren en condiciones ambientales extraterrestres”.

El laboratorio trabaja con otros investigadores de biología integrativa de la USF para analizar cómo los manglares rojos sobreviven a la contaminación, los cambios en la calidad del agua y otros factores de estrés ambiental. Los científicos examinan además el papel de las plantas y de los microbios que viven alrededor de sus raíces en esos procesos de adaptación y prevén probar manglares en entornos espaciales en colaboración con otras instituciones de la universidad.

Richards subrayó que el proyecto busca sostenerse en bases experimentales sólidas antes de dar el salto a condiciones reales de crecimiento fuera de la Tierra. “Queremos que esto sea ciencia rigurosa, no simplemente entusiasmo por hacer ‘trabajo espacial’. El objetivo es comenzar con una sólida base en biología vegetal fundamentada en sistemas terrestres antes de expandirnos a la agricultura y a las condiciones reales de crecimiento en el espacio”.

Un sistema recicla desechos humanos

Otro frente de trabajo apunta a un problema central de las misiones largas: qué hacer con los residuos y cómo recuperar de ellos agua y nutrientes. En el Laboratorio de Biotecnología de Membranas del profesor Daniel Yeh, un sistema de ensamblaje de procesadores orgánicos usa microorganismos anaeróbicos para descomponer desechos humanos y recuperar nutrientes en un líquido rico, similar a una solución nutritiva acuosa para plantas.

Alexandra Smith, estudiante de posgrado en ese laboratorio, explicó por qué el sistema es relevante para la exploración espacial. “Transportar suministros al espacio es extremadamente costoso, y cada libra (0,45 kilogramos) de carga útil cuenta. En lugar de desechar los nutrientes, los reciclamos en sistemas de cultivo de plantas que pueden sustentar a los astronautas en misiones de larga duración. Esta misma tecnología también puede utilizarse para afrontar los problemas de aguas residuales en la Tierra”.

El laboratorio ya logró cultivar bok choy sin tierra con esos nutrientes reciclados. Esa respuesta resume uno de los datos centrales del proyecto: los residuos pueden convertirse en insumos para producir alimentos dentro de un sistema de ciclo cerrado.

Yeh señaló que esa línea de trabajo no nació para el espacio y que ya acumula 20 años de desarrollo en sistemas autónomos de tratamiento de aguas residuales y recuperación de recursos, entre ellos el NEWgenerator, implementado en India y Sudáfrica. Añadió que, durante los últimos ocho años, su equipo colaboró con el Centro Espacial Kennedy para desarrollar versiones espaciales de su tecnología de biorreactores de membrana con vistas a una futura base lunar.

Fuera del ámbito espacial, el laboratorio ve aplicaciones directas en regiones sin infraestructura centralizada de saneamiento. Yeh ya participó en proyectos en Sudáfrica, donde los sistemas de aguas residuales abastecen a escuelas, y en Hawái, donde la roca volcánica dificulta instalar infraestructura convencional.

Pequeños cambios alteran el crecimiento vegetal

La universidad también participa en experimentos con invernaderos automatizados dentro de pequeños satélites cúbicos que orbitan la Tierra a baja altura. Esos sistemas, conocidos como CubeSats, son lanzados por la NASA en colaboración con universidades y en la USF fueron liderados en parte por el profesor Arash Takshi.

Takshi explicó que la agencia espacial buscaba nuevas formas de estudiar plantas en el espacio a medida que crecían las prioridades vinculadas con la Luna y Marte. “Aunque fueron experimentos complejos, demostraron la sensibilidad de las plantas a las variables ambientales. Pequeños cambios en los gases, la humedad o la iluminación afectaron significativamente su crecimiento”.

El primer prototipo fue construido por Takshi en un armario con lechuga romana roja. Ese sistema inicial, con sensores, cámaras y monitoreo de gases, evolucionó luego hacia una plataforma más compleja diseñada para sostener el crecimiento vegetal en el espacio.

Los resultados también empujaron al equipo a ampliar el campo de estudio hacia los hongos. Según la investigación, algunos crecen más rápido y resisten mejor condiciones extremas que las plantas, y ciertos hongos presentan propiedades inusuales relacionadas con la radiación que interesan a la NASA para evaluar su posible aporte a sistemas alimentarios o de soporte biológico en misiones de larga duración.

Takshi contó que comenzó el proyecto desde una mirada centrada en sensores y sistemas eléctricos, pero que la complejidad biológica del problema obligó a sumar otras disciplinas. “Al principio, abordé el trabajo exclusivamente desde una perspectiva de ingeniería, centrándome en sensores y sistemas eléctricos. Finalmente, nos dimos cuenta de que teníamos que incluir a otros expertos de la USF, como Richards y Yeh, por su experiencia en biología y el espacio”.

Estos proyectos forman parte de una expansión más amplia de la investigación espacial en la universidad, donde científicos e ingenieros trabajan sobre agricultura, sostenibilidad, salud humana y tecnologías avanzadas orientadas a futuras misiones.