Logran cultivar plantas en sustrato lunar por primera vez
Alexandra Ferguson
(CNN) — Por primera vez en la historia, los científicos cultivaron plantas en sustrato lunar utilizando muestras recogidas durante las misiones Apolo a la Luna. Es la primera vez que brotan y crecen plantas en la Tierra en el suelo de otro cuerpo celeste.
El estudio podría sentar las bases para el cultivo de plantas que suministren oxígeno y alimentos en la Luna, una consideración oportuna ya que el programa Artemis de la NASA busca alojar a la primera mujer y a la primera persona de color en el polo sur lunar a finales de esta década.
Pero los experimentos también revelan lo estresante que es para las plantas crecer en el regolito lunar que es muy diferente de los hábitats naturales en la Tierra.
Un estudio que detalla el experimento con plantas se publicó este jueves en la revista académica Communications Biology.
Diferentes tipos de plantas, incluidos los cultivos alimentarios, han volado en el transbordador espacial y en la Estación Espacial Internacional. Incluso se han utilizado muestras de plantas para demostrar que las muestras lunares no son perjudiciales para la vida en la Tierra.
(Desde la izquierda) Los coautores del estudio, Anna-Lisa Paul y Rob Ferl, del Instituto de Ciencias Alimentarias y Agrícolas de la Universidad de Florida, trabajan con sustratos lunares.
“Las plantas ayudaron a establecer que las muestras de suelo traídas de la Luna no albergaban patógenos ni otros componentes desconocidos que pudieran dañar la vida terrestre, pero esas plantas solo se espolvorearon con el regolito lunar y nunca se cultivaron realmente en él”, dijo la coautora del estudio Anna-Lisa Paul, profesora de investigación de ciencias hortícolas del Instituto de Ciencias Alimentarias y Agrícolas de la Universidad de Florida.
Paul y el coautor del estudio, Rob Ferl, distinguido profesor de ciencias hortícolas del Instituto de Ciencias Alimentarias y Agrícolas de la UF, querían dar un paso más y ver si las semillas crecerían en el suelo lunar.
“Para futuras misiones espaciales más largas, podríamos utilizar la Luna como centro o plataforma de lanzamiento”, dijo Ferl en un comunicado. “Entonces, ¿qué sucede cuando se cultivan plantas en suelo lunar, algo que está totalmente fuera de la experiencia evolutiva de una planta? ¿Qué harían las plantas en un invernadero lunar? ¿Podríamos tener agricultores lunares?”.
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Muestras históricas
Se trata de un experimento que lleva mucho tiempo gestándose: han pasado 15 años desde que los investigadores hicieron su primera propuesta y solicitud de muestras lunares. La petición fue concedida hace 18 meses.
El equipo de investigación solicitó a la NASA 4 gramos de material lunar recogido durante la misión Apolo 17. Ryan Zeigler, conservador de muestras Apolo de la NASA, vio el valor científico de proporcionar más de diferentes misiones Apolo. Les envió un total de 12 gramos (2,7 cucharaditas) de muestras lunares recogidas en las misiones Apolo 11, 12 y 17.
“Eso supuso una gran diferencia, ya que nos permitió profundizar en la ciencia y en los efectos del regolito lunar sobre las plantas más de lo que hubiéramos podido hacer de otra manera”, dijo Paul.
(Desde la izquierda) Ferl y Paul cultivaron las semillas bajo luces LED ajustadas a las longitudes de onda óptimas para el crecimiento fotosintético de las plantas.
Los investigadores utilizaron placas del tamaño de un dedal como macetas. Normalmente, estas bandejas de plástico se utilizan para cultivar células.
Los científicos llenaron cada pozo con un gramo de suelo lunar, añadieron nutrientes y agua, e introdujeron unas cuantas semillas de Arabidopsis thaliana, o mastuerzo de campo, una pequeña planta con flores originaria de Eurasia y África.
Las plantas de Arabidopsis thaliana, comúnmente conocidas como mastuerzo, se muestran brotando del sustrato lunar.
El mastuerzo es un espécimen atractivo para los investigadores porque está bien estudiado y su código genético ya fue cartografiado, lo que permitió a los investigadores estudiar cómo el suelo extraño afectaba a la expresión genética de la planta. Además, la planta ya ha estado en el espacio a bordo del transbordador y de la estación espacial, lo que proporcionó al equipo datos espaciales para su comparación.
Las semillas de Arabidopsis también se plantaron en una sustancia sintética que simula el suelo lunar, así como en cenizas volcánicas y otros sustratos de entornos extremos.
Para sorpresa de los investigadores, casi todas las semillas plantadas en el oscuro suelo lunar brotaron y comenzaron a crecer.
“No lo habíamos previsto”, dijo Paul. “Eso nos dijo que los sustratos lunares no interrumpían las hormonas y señales que intervienen en la germinación de las plantas”.
Suelo hostil
Sin embargo, los brotes de Arabidopsis mostraron signos de dificultad mientras se adaptaban al suelo lunar.
Las plántulas eran más pequeñas, crecían más lentamente y variaban de tamaño en comparación con las plantas cultivadas en sustratos terrestres. Las raíces estaban atrofiadas. Y las plantas tardaron más tiempo en tener hojas expandidas que las plantas de Arabidopsis cultivadas en ceniza volcánica. Algunas de las plantas en sustrato lunar mostraban pigmentos negros rojizos en sus hojas, un signo externo de estrés.
A nivel genético, tres de las plantas más pequeñas y oscuras expresaban más de 1.000 genes relacionados en gran medida con el estrés.
“A nivel genético, las plantas estaban sacando las herramientas típicamente utilizadas para hacer frente a los factores de estrés, como la sal y los metales o el estrés oxidativo, por lo que podemos inferir que las plantas perciben el entorno del suelo lunar como estresante”, dijo Paul.
“En última instancia, nos gustaría utilizar los datos de expresión génica para ayudar a abordar cómo podemos mejorar las respuestas al estrés hasta el nivel en que las plantas, en particular los cultivos, sean capaces de crecer en el suelo lunar con muy poco impacto en su salud”.
En el día 16, había claras diferencias físicas entre las plantas cultivadas en la ceniza volcánica (izquierda) y las cultivadas en el suelo lunar (derecha).
Las plantas de Arabidopsis que tuvieron más dificultades se cultivaron en suelo lunar maduro, y se volvieron de color púrpura como respuesta al estrés oxidativo. Estas muestras de sustrato recogidas durante la misión Apolo 11 estaban más expuestos al duro entorno espacial, y las plantas cultivadas en las muestras de Apolo 12 y 17 parecían tener un mejor desempeño.
La superficie lunar, bombardeada regularmente por los rayos cósmicos y el viento solar, también incluye partículas de hierro y pequeños fragmentos de vidrio. Todos estos elementos podrían perjudicar el crecimiento de las plantas.
“Incluso las plantas que parecían sanas luchaban por mantenerse sanas”, dijo Paul. “Crecían en el regolito lunar, pero tenían que lidiar con él a nivel metabólico para mantener ese tipo de salud”.
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Invernaderos espaciales
Los investigadores quieren realizar estudios de seguimiento para entender cómo el cultivo de plantas en el entorno lunar podría alterar realmente el sustrato lunar.
“La Luna es un lugar muy, muy seco”, dijo el coautor del estudio Stephen Elardo, profesor asistente de geología de la Universidad de Florida. “¿Cómo responderán los minerales del suelo lunar al hecho de tener una planta cultivada en ellos, con el agua y los nutrientes añadidos? ¿La adición de agua hará que la mineralogía sea más apta para las plantas?”
En la Luna, estas plantas podrían extraer recursos del suelo lunar, como el hierro metálico, y hacer que estén disponibles en otras formas más útiles.
Las plantas del experimento se colocaron en frascos para su análisis genético.
Otras investigaciones también podrían ayudar a determinar la forma más eficiente de cultivar plantas en el suelo lunar y ayudarlas a evitar los factores de estrés identificados durante el estudio. Además, el equipo quería llegar a una comprensión clara del valor nutricional de estas plantas, y si éste se ve afectado por el sustrato.
Aunque el mastuerzo es comestible, no es apetecible, ni se considera un cultivo alimenticio. Pero pertenece a la misma familia de plantas que el brócoli, la berza, los nabos y la coliflor.
Sharmila Bhattacharya, jefa científica de astrobiónica de la NASA, consideró que el descubrimiento del crecimiento de la planta es “bastante emocionante” y dijo que el estudio presenta muchas oportunidades de seguimiento para los científicos. Bhattacharya no participó en este estudio.
“Tenemos que averiguar cómo hacer que las plantas crezcan aún mejor en este sustrato de regolito”, escribió Bhattacharya en un correo electrónico. “Por ejemplo, ¿necesitamos añadir otros componentes para ayudar a las plantas, y si es así, cuáles son? ¿Existen otras plantas que se adapten mejor a estos sustratos de regolito, y si es así, qué rasgos las hacen más resistentes a estos entornos?”, dijo.
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“Eso es lo emocionante de la ciencia; cada nuevo hallazgo conduce a resultados más únicos y transformadores en el futuro, ¡que luego podemos utilizar para ayudar a mejorar la sostenibilidad de nuestras futuras misiones de exploración espacial!”
Los científicos consideran su experimento como un resultado positivo para lo que puede ser posible a medida que los humanos empujan los límites de la exploración espacial.
“Es sorprendente que la planta siga creciendo en este entorno tan duro”, dijo Elardo. “Está estresada, pero no muere”.
“Cuando los humanos se desplazan como civilizaciones para quedarse en algún lugar, siempre nos llevamos nuestra agricultura”, dijo Ferl. “La idea de llevar el suelo lunar a un invernadero lunar es de lo que están hechos los sueños de exploración”.
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