Doce gramos de tierra apenas llenan una cuchara sopera; es la misma cantidad de polvo que se acumula en una casa en un día; el equivalente en peso a una llave de puerta, o dos monedas, o una batería triple A. Con esa pequeña cantidad de suelo un equipo de científicos ha probado que es posible llevar la agricultura a la Luna y, probablemente, a Marte y otros sitios del Sistema Solar donde la humanidad pueda establecer bases o colonias en el futuro.
Parece algo simple, pero si los futuros viajeros espaciales no son capaces de producir sus alimentos en los lugares de exploración simplemente no será posible establecerse ahí: es un asunto crucial de vida o muerte.
Por ello, el logro de Anna Lisa Paul, Robert Ferl y Sthepen Elardo, investigadores de la Universidad de Florida, es, sin duda alguna, el primer gran paso hacia la agricultura lunar y espacial.
Son los primeros científicos en cultivar plantas en suelo lunar, conocido como “regolito”, pero no tuvieron que ir a la Luna sino que utilizaron las muestras traídas hace 50 años en las misiones Apollo de la NASA.
Tanto Anna Lisa Paul como Robert Ferl son científicos horticultores expertos en el estudio de las plantas en el espacio, reconocidos internacionalmente por sus trabajos en el Laboratorio de Plantas Espaciales de la Universidad de Florida; han preparado experimentos con vegetales que los astronautas han llevado a cabo en los transbordadores espaciales, en la Estación Espacial Internacional y en otras naves.
Aún así, pasaron 11 años y tres solicitudes para que la NASA, por fin, les proporcionara muestras de regolito para sus experimentos, cuyos resultados son publicados esta semana en la revista Communications Biology de grupo Springer Nature.
Las seis misiones Apollo, que alunizaron a finales de los 60 y principios de los 70 del siglo pasado, trajeron 382 kilos de rocas y suelo lunar en 2 mil 200 muestras separadas de seis lugares diferentes de la Luna, lo que las convierte no solo en un material extremadamente raro y caro, sino con una gran importancia científica e histórica. La NASA las preserva como un tesoro más valioso que el diamante o el oro, en cámaras esterilizadas y en recipientes sellados en el Edificio de Muestras Lunares del Centro Espacial Johnson en Houston.
La NASA apoyó financieramente este proyecto y les proporcionó 12 gramos de suelo lunar recolectado durante las misiones Apollo 11, 12 y 17. Solo una cucharada de tierra para un experimento que podría ser el parteaguas de la alimentación espacial. “Estas muestras son auténticos tesoros nacionales”, expresó Anna Lisa Paul, en conferencia de prensa organizada por Nature.
“Esta investigación es fundamental para los objetivos de exploración humana a largo plazo de la NASA. Tendremos que utilizar los recursos encontrados en la Luna y Marte para desarrollar fuentes de alimentos para los futuros astronautas que vivan y operen en el espacio profundo”:
BILL NELSON, ADMINISTRADOR DE LA NASA.
Pero desprenderse de este tesoro es un paso obligado para el nuevo programa estadounidense Artemis (nombre de la hermana gemela de Apolo en la mitología griega), que busca reconquistar la Luna: enviará a la primera mujer a nuestro satélite natural en 2024, establecerá bases lunares en 2028 y preparará la misión a Marte. Uno de los elementos sustanciales para lograrlo es la capacidad de producir alimentos en la superficie lunar.
El equipo encabezado por Anna Lisa Paul tuvo que esperar mucho tiempo para contar con el preciado material, pues hay una larga cola de centenas de solicitudes de científicos de varios países para experimentar con las muestras de rocas lunares y regolito. La Oficina de Adquisición y Conservación de Astromateriales del Centro Espacial Johnson, en los últimos 50 años ha recibido más 8 mil solicitudes de investigadores de 15 países.
Cada año la NASA prepara y envía centenas de muestras, y actualmente 8 mil de ellas están siendo analizadas por 145 equipos de científicos de 100 laboratorios de investigación de todo el mundo, pero en los próximos años distribuirá más muestras con el objetivo de resolver otras interrogantes clave para las próximas misiones espaciales.
Uno de ellos es producir los alimentos in situ para las misiones con estadía prolongada como Artemis, pues sería mucho más caro e inconveniente enviar la comida procesada desde la Tierra, como se hace en la Estación Espacial Internacional. Prácticamente es inviable ya que es pesada, ocupa mucho espacio y se requiere en grandes cantidades.
“Esta investigación es fundamental para los objetivos de exploración humana a largo plazo de la NASA”, dijo Bill Nelson, administrador de la NASA. “Tendremos que utilizar los recursos encontrados en la Luna y Marte para desarrollar fuentes de alimentos para los futuros astronautas que vivan y operen en el espacio profundo”.
Plantas extraterrestres
La idea de cultivos extraterrestres no es nada nueva: en la ciencia ficción existe desde hace décadas. El más reciente ejemplo es el libro El Marciano, de Andy Weir, que se popularizó con la película del mismo nombre en 2015. En ella un astronauta (interpretado por Matt Damon) se queda varado en el Planeta Rojo y para sobrevivir cultiva papas en suelo marciano utilizando su propio excremento como fertilizante.
En la vida real, desde hace décadas se ha llevado a cabo una gran cantidad de experimentos para cultivar diferentes plantas en las naves o estaciones espaciales, y siempre se ha hecho con suelo, agua o sustratos terrestres, con distintas y nuevas técnicas, y las plantas han crecido. Uno de esos experimentos en el Transbordador Espacial lo hizo en 1985 el mexicano Rodolfo Neri Vela, el primer astronauta iberoamericano, quien cultivó semillas de amaranto.
También se ha sembrado en el espacio arroz, berro, col, trigo, cebollas, frijoles, rábanos, lechuga, trigo, ajo, pepinos, perejil, papa, albahaca, canela, girasoles, jitomate, entre otros. Algunos de ellos crecen actualmente en la Estación Espacial Internacional, pero hasta ahora no se había intentado ni logrado cultivar con éxito en suelo lunar.
“Durante años nos hemos hecho esta pregunta: ¿Crecerán plantas en el suelo lunar?”, dijo Robert Ferl en la conferencia. “La respuesta, resulta ser que sí. Y luego nos preguntamos: ¿Cómo podría esto ayudar algún día a los humanos para tener una estancia prolongada en la Luna?”.
El artículo científico señala que la vida humana en otros mundos dependerá de la capacidad de las plantas para prosperar en entornos extraterrestres usando recursos in situ, y afirma: “Utilizando muestras de Apolo 11, 12 y 17, mostramos que la planta terrestre Arabidopsis thaliana germina y crece en diversos regolitos lunares”.
A. thaliana pertenece a la misma familia de verduras crucíferas como coliflor, col de bruselas y brócoli, es una de las plantas más estudiadas y conocidas en el mundo a nivel biológico, agrícola, fisiológico y genético. Tiene una gran capacidad de adaptación a todo tipo de ambientes, por lo que se le encuentra de forma silvestre en prácticamente todo el mundo.
Entre los científicos es el modelo vegetal por excelencia para cualquier prueba, es el equivalente al ratón o la mosca de la fruta como modelos de experimentación animal. Otra ventaja es que crece rápidamente, por ello, fue la planta elegida para cultivarse en el regolito.
“Sabemos muchísimo sobre esta planta, desde cada nucleótido de su genoma hasta los genes que se expresan en diferentes condiciones nutricionales”, afirmó Ferl. “Hay una enorme base de datos”.
Actualmente se conocen muchos de los genes de la Arabidopsis: en el año 2000 se descifró su genoma y se descubrió que está integrado por 25 mil 500 genes (el ser humano tiene alrededor de 21 mil) compuestos por 125 millones de pares de bases.
“Durante años nos hemos hecho esta pregunta: ¿Crecerán plantas en el suelo lunar? La respuesta, resulta ser que sí. Y luego nos preguntamos: ¿Cómo podría esto ayudar algún día a los humanos para tener una estancia prolongada en la Luna?”:
ROBERT FERL, de la Universidad de Florida
Cucharadita de regolito
Los investigadores recibieron cuatro gramos recolectados de cada una de las muestras obtenidas en las misiones del Apollo 11, 12 y 17. La primera del suelo del Mar de la Tranquilidad; la del Apollo 12, de un lugar llamado Océano de las Tormentas; y la del Apollo 17, de un sitio montañoso del Valle de Taurus-Littrow.
Aprovecharon al máximo “la cucharadita” de regolito y utilizaron un gramo para cada semilla de A. thaliana. Sembraron cuatro semillas para cada muestra de regolito y otras cuatro semillas en un suelo experimental hecho de ceniza volcánica de la Tierra llamado JSC-1A, creado por el Centro Espacial Johnson para emular el regolito, usado como muestra de control. Asimismo, emplearon un fertilizante líquido con nutrientes.
Plantaron las semillas en cuatro placas con pequeños pocillos separados individualmente. En cada placa depositaron tres semillas en tres pocillos con regolito y les agregaron la solución nutritiva. También pusieron semillas en cuatro pocillos con JSC-1A y repitieron esta misma configuración en las cuatro placas.
Posteriormente, colocaron las placas en cajas de terrarios con clima, humedad, ventilación e iluminación controlada, tratando de simular un posible invernadero lunar y esperaron a que las semillas brotaran.
“Después de dos días empezaron a brotar las plántulas. Nos sorprendió que cada semilla germinara. Fue extraordinario y un poco impresionante”, dijo Anna Lisa Paul. “Estábamos viendo las primeras semillas en la historia de la humanidad, en la historia del Sistema Solar, creciendo en material lunar”.
Las plántulas surgieron en las tres muestras de suelo lunar y en las de control. Todavía utilizaban los nutrientes de las propias semillas, pero a los seis días empezaron a surgir diferencias: algunas plantas parecían adaptarse mientras que otras se veían cada vez más enfermizas, con hojas nudosas y pigmentadas de un color rojizo, principalmente las plantas cultivadas con la muestra de suelo de la Apollo 11.
“Las plántulas en las muestras lunares crecieron más lentamente y algunas de ellas comenzaron a mostrar respuestas graves de estrés. Sus raíces estaban más torcidas y no tenían un aspecto tan saludable”, dijo Paul.
Las plantas con regolito de las misiones Apolo 12 y 17 crecieron mejor, pero eran más pequeñas, tardaron más en desarrollar sus hojas y algunas tenían raíces atrofiadas. En comparación, todas las plantas con las cenizas volcánicas de JSC-1A crecieron bien.
Después de 20 días las plantas se trituraron para analizar su material genético y el tipo de genes que se expresaban. Los investigadores observaron que las plantas habían reaccionado de la forma en que lo hacen cuando crecen en entornos difíciles y utilizaron herramientas metabólicas para adaptarse a la composición química y estructural del regolito.
Aún aquellas que tenían un aspecto más saludable tenían una mayor actividad genética contra el estrés. En esas condiciones A. thaliana cuenta con un arsenal de mil genes que se activan o desactivan para ayudar a la planta a crecer en situaciones ambientales adversas.
“A nivel genético, las plantas utilizaban las herramientas típicas para hacer frente a los factores como la sal, los metales o el estrés oxidativo, por lo que podemos deducir que las plantas perciben el entorno del suelo lunar como estresante”, explicó Paul.
Las que crecieron en las muestras del Apollo 11 activaron más de 465 genes del estrés, mientras que para los suelos de las Apollos 12 y 17, expresaron 235 y 113 genes, respectivamente. Es decir, la planta tuvo de luchar más para adaptarse al suelo del Mar de la Tranquilidad.
Aún así, dicen los investigadores, las plantas serían comestibles aunque no muy sabrosas. Pero en el futuro las plantas podrían modificarse genéticamente para que se adapten mejor al suelo lunar.
Suelo complicado
Una de las grandes aportaciones científicas de las misiones del programa Apollo es el haber recolectado rocas y regolito de la superficie de la Luna. Gracias a su estudio y análisis han surgido conocimientos y teorías sobre el origen de nuestro satélite natural y del Sistema Solar.
El más importante es la teoría del gran impacto, propuesta en 1974 por William Hartmann y Donald Davis, científicos del Instituto de Ciencias Planetarias de Tucson, que sostiene que hace 4 mil 500 millones de años un planeta del tamaño de Marte, conocido como Tea, chocó contra la Tierra primigenia; el colosal impacto rompió en pedazos a Tea y parte de la corteza y el manto terrestre; vaporizó y pulverizó el material que se acumuló y mezcló hasta formar un satélite que dio forma a la Luna.
Por ello, la conformación geológica y la composición de la corteza de la Tierra y la Luna tiene grandes similitudes, pero también grandes diferencias, sobre todo debido a la inexistente actividad geológica lunar y a la erosión espacial que hay en la Luna por carecer de atmósfera.
Los análisis han revelado que el suelo lunar contiene elementos familiares, incluidos el hierro y el magnesio, pero también otros compuestos llamados aglutinados, fragmentos minerales, vidrios volcánicos y hierro nanofásico que se crearon por el impacto de micrometeoritos y el viento solar a lo largo de miles de millones de años.
“Aquí estamos introduciendo una porción de la Luna a la biología y funciona. Para mí eso es muy simbólico. En el futuro, cuando dejemos la Tierra, nos llevaremos plantas con nosotros”:
ANNA LISA PAUL, de la Universidad de Florida
Los regolitos más viejos y más expuestos a la erosión son más tóxicos para las plantas. Geológicamente hablando el suelo del Mar de la Tranquilidad, de la Apollo 11, es más antiguo que el del Océano de las Tormentas, del Apollo 12, que experimentó flujos de lava más recientes y ambos suelos son, a su vez, más viejos que el de la región montañosa de Taurus-Littrow, del Apollo 17, moldeada más recientemente por el bombardeo de meteoritos y asteroides.
“Lo que podríamos hacer simplemente, en ausencia de otros factores limitantes, es aterrizar y establecer un hábitat en una superficie lunar que sea significativamente más joven que los sitios del Apollo 11, 12 y 17“, señala Stephen Elardo, geólogo y coautor del estudio. “Los lugares cubiertos por flujos de lava menos viejos serían especialmente prometedores”.
Los investigadores concluyen en el artículo que aunque los regolitos lunares in situ pueden ser útiles para la producción de plantas en hábitats lunares no son sustratos benignos para las plantas. La interacción entre las plantas y el regolito lunar deberá aclararse más, y probablemente mitigarse, para permitir el uso eficiente del suelo lunar para apoyar la vida dentro de las estaciones lunares.
“Aquí estamos introduciendo una porción de la Luna a la biología y funciona. Para mí eso es muy simbólico”, dice Anna Lisa Paul. “En el futuro, cuando dejemos la Tierra, nos llevaremos plantas con nosotros”.
