La Universidad del Sur de Florida prueba plantas resistentes, invernaderos automatizados y sistemas capaces de recuperar nutrientes de los residuos
Redactor: Javier Morales O.
Editor: Karem Díaz S.
Investigadores de la Universidad del Sur de Florida, en Estados Unidos, desarrollan sistemas agrícolas destinados a producir alimentos y reutilizar recursos durante futuras misiones de larga duración a la Luna y Marte. Los proyectos combinan biología vegetal, ingeniería, microbiología, tratamiento de aguas residuales y monitoreo ambiental.
La iniciativa es coordinada por el Centro Aeroespacial de Ciencia, Tecnología, Investigación y Aplicaciones, conocido como ASTRA. Sus equipos reproducen en laboratorios terrestres algunas de las tensiones que plantas, hongos y microorganismos enfrentarían fuera del planeta, entre ellas recursos limitados, temperaturas extremas y ambientes completamente confinados.
El objetivo no consiste únicamente en llevar semillas al espacio. Los científicos buscan construir sistemas productivos cerrados capaces de administrar agua, nutrientes, residuos, gases, humedad e iluminación con una intervención humana reducida. Este enfoque amplía investigaciones anteriores sobre los beneficios terrestres de cultivar plantas en el espacio.
Cultivar alimentos sin suelo fértil ni suministros constantes
Una base lunar o marciana no podría depender de envíos frecuentes de alimentos, agua y fertilizantes desde la Tierra. Cada kilogramo transportado incrementa el costo y la complejidad de la misión, mientras que una interrupción logística podría comprometer el abastecimiento de la tripulación.
Los sistemas agrícolas espaciales necesitan producir con una cantidad limitada de agua y nutrientes. También deben controlar la temperatura, la composición del aire y la luz en recintos donde no existen las condiciones naturales que sostienen un cultivo terrestre.
Las plantas podrían proporcionar alimentos frescos, utilizar dióxido de carbono y liberar oxígeno mediante la fotosíntesis. Asimismo, su presencia puede contribuir al bienestar de los astronautas, aunque el mantenimiento de una producción estable exige resolver antes numerosos problemas biológicos y operativos.
Los experimentos realizados durante más de un siglo en condiciones polares aportan referencias útiles. La historia de la agricultura antártica aplicada a la producción espacial muestra cómo los ambientes aislados permiten estudiar abastecimiento, invernaderos y manejo de recursos lejos de los centros habitados.
Manglares como modelo de resistencia vegetal
El laboratorio de la profesora Christina Richards estudia especies costeras adaptadas a condiciones ambientales exigentes, entre ellas el manglar rojo y la hierba de marisma Spartina alterniflora. El equipo analiza los mecanismos que permiten a estas plantas responder a contaminación, variaciones en la calidad del agua y otros factores de estrés.
Los científicos emplean herramientas genómicas para observar cómo las plantas regulan sus respuestas. También investigan la función de los microorganismos que viven alrededor de las raíces, debido a que esas comunidades pueden participar en la absorción de nutrientes y en la tolerancia frente a condiciones adversas.
La adaptación de un manglar a la salinidad o a cambios ambientales no significa que pueda cultivarse directamente en la Luna o Marte. Estas especies funcionan como modelos biológicos para identificar procesos que después deberán comprobarse en cámaras controladas y, eventualmente, en experimentos espaciales.
Richards subrayó que el trabajo debe comenzar con una base rigurosa de biología vegetal terrestre. Solo después de comprender los mecanismos de resistencia será posible evaluar su utilidad bajo radiación, gravedad reducida y otras condiciones extraterrestres.
Desechos convertidos en nutrientes para las plantas
Otro equipo de la universidad trabaja en el Laboratorio de Biotecnología de Membranas del profesor Daniel Yeh. Allí se desarrolla un sistema de procesamiento orgánico que utiliza microorganismos anaeróbicos para descomponer residuos humanos y recuperar nutrientes.
El proceso genera un líquido rico en compuestos aprovechables por los cultivos, semejante a una solución nutritiva empleada en sistemas sin suelo. El laboratorio ya consiguió producir bok choy con nutrientes recuperados, demostrando que determinados residuos pueden transformarse en insumos agrícolas.
La recuperación permite cerrar parcialmente el ciclo de recursos. En lugar de transportar todos los fertilizantes desde la Tierra y desechar los residuos generados por la tripulación, el sistema busca tratar ese material, recuperar agua y devolver nutrientes a la producción vegetal.
El laboratorio acumula alrededor de 20 años de experiencia con tecnologías autónomas de tratamiento de aguas residuales. Una de ellas es NEWgenerator, utilizada en proyectos de India y Sudáfrica. Durante los últimos ocho años, el equipo colaboró con el Centro Espacial Kennedy de la NASA para adaptar sus biorreactores de membrana a una futura base lunar.
Una tecnología espacial con aplicaciones en zonas rurales
Los sistemas descentralizados de tratamiento y recuperación también pueden utilizarse en comunidades terrestres sin redes convencionales de saneamiento. El grupo de Yeh participó en proyectos vinculados con escuelas sudafricanas y con zonas de Hawái donde la presencia de roca volcánica dificulta instalar infraestructura tradicional.
La posibilidad de obtener agua tratada y nutrientes en una unidad autónoma podría beneficiar a explotaciones rurales aisladas. No obstante, cualquier aplicación agrícola necesita controles sanitarios que garanticen la eliminación de patógenos y la seguridad del producto recuperado.
La investigación espacial obliga a reducir pérdidas y reutilizar cada recurso disponible. Ese mismo principio puede contribuir a mejorar la eficiencia hídrica y nutricional de la agricultura terrestre, especialmente en regiones afectadas por sequías, costos elevados de fertilizantes o infraestructura limitada.
Invernaderos automatizados dentro de pequeños satélites
La Universidad del Sur de Florida también participa en experimentos realizados mediante CubeSats, pequeños satélites que pueden albergar sistemas automatizados de crecimiento vegetal en órbita terrestre baja. Estos módulos incorporan sensores, cámaras y equipos para vigilar gases, humedad, disponibilidad de agua e iluminación.
El profesor Arash Takshi construyó un primer prototipo en un armario utilizando lechuga romana roja. La plataforma evolucionó hasta convertirse en un sistema diseñado para sostener plantas y registrar su respuesta en condiciones relacionadas con el entorno espacial.
Las pruebas mostraron que pequeñas variaciones en los gases, la humedad o la luz pueden modificar significativamente el crecimiento. El resultado evidencia la necesidad de integrar sensores precisos con algoritmos de control y protocolos biológicos capaces de responder rápidamente a cualquier desviación.
Los sistemas de ambiente controlado tienen antecedentes directos en la agricultura terrestre. La investigación de la NASA sobre cultivos espaciales contribuyó al desarrollo de granjas interiores que utilizan iluminación artificial, recirculación de agua y producción sin suelo.
La iluminación determina el rendimiento del cultivo
Fuera de la Tierra no puede asumirse una exposición solar semejante a la de un campo agrícola. Los cultivos deberán depender de iluminación artificial o de sistemas cuidadosamente diseñados para aprovechar la luz disponible.
La intensidad, duración y longitud de onda influyen sobre la fotosíntesis, la forma de la planta, la floración y la calidad de la cosecha. Cada especie requiere una programación propia y cualquier exceso de iluminación aumenta la demanda energética de la base.
En la Tierra, estudios sobre el cultivo eficiente de tomates con luces LED ya demostraron que los ambientes cerrados pueden sostener hortalizas exigentes. Estas instalaciones todavía enfrentan costos energéticos, pero ofrecen un campo de prueba para tecnologías que podrían utilizarse en hábitats espaciales.
Hongos resistentes amplían las opciones alimentarias
La complejidad de mantener plantas llevó al equipo a investigar también los hongos. Algunos presentan un crecimiento rápido, toleran condiciones extremas y podrían requerir recursos diferentes a los de los cultivos vegetales convencionales.
Ciertas especies exhiben propiedades relacionadas con la radiación que interesan a la NASA. Los investigadores evalúan si podrían incorporarse a sistemas alimentarios o cumplir funciones biológicas de apoyo durante misiones prolongadas.
Su inclusión no está resuelta y exige estudiar inocuidad, productividad, valor nutricional y comportamiento en condiciones espaciales. La ventaja potencial reside en diversificar el sistema para que la tripulación no dependa de una única especie o tecnología de cultivo.
Experimentos previos confirman la dificultad del desafío
China envió en 2019 un pequeño experimento biológico a la superficie lunar mediante la misión Chang’e 4. Una semilla de algodón llegó a germinar dentro de un contenedor sellado, aunque la plántula no sobrevivió a las temperaturas de la noche lunar.
Aquel ensayo, descrito en el análisis sobre la primera pequeña granja instalada por China en la Luna, mostró que una germinación breve es muy diferente a sostener una cosecha completa y repetible.
Otros proyectos seleccionan especies por su ciclo corto, tamaño reducido, contenido nutricional y capacidad para crecer en espacios limitados. El proyecto Moon-Rice, por ejemplo, estudia características que podrían hacer del arroz un cultivo útil para puestos avanzados en el espacio profundo.
Brasil también ha enviado garbanzos y batatas para investigar su comportamiento en el espacio. La diversidad de especies ensayadas refleja que todavía no existe una combinación definitiva de cultivos para una base lunar o marciana.
Del laboratorio terrestre a las futuras misiones
Los proyectos de la Universidad del Sur de Florida se encuentran en diferentes etapas experimentales. Haber cultivado bok choy con nutrientes recuperados o mantener plantas dentro de plataformas automatizadas representa un avance técnico, pero no demuestra todavía que el sistema completo pueda sostener una tripulación.
Una agricultura espacial funcional deberá integrar tratamiento de residuos, recuperación de agua, nutrición vegetal, iluminación, energía, control atmosférico y prevención de enfermedades. También necesitará componentes reparables y suficiente redundancia para responder a fallas sin recibir ayuda inmediata desde la Tierra.
Antes de desplegar estos sistemas en la Luna o Marte serán necesarias pruebas prolongadas en cámaras controladas, órbita terrestre y entornos aislados. Los datos obtenidos servirán para determinar qué especies producen más alimentos con menos agua, energía, espacio y tiempo de trabajo.
El desarrollo ofrece además una vía de retorno hacia la agricultura terrestre. Los avances en reciclaje de nutrientes, saneamiento descentralizado, sensores y cultivos cerrados pueden ayudar a producir alimentos en comunidades aisladas y regiones donde el suelo, el agua o el clima limitan la agricultura convencional.
Fuentes referenciales:
Infobae — Proyectos para cultivar plantas fuera de la Tierra
Universidad del Sur de Florida — Investigaciones de agricultura espacial para la Luna y Marte
