La posibilidad de cultivar alimentos en el espacio está dejando de ser ciencia ficción para convertirse en una realidad tangible, gracias a los avances en la ingeniería genética y la biotecnología.
Investigadores de la Universidad de California en Riverside (UC Riverside) han desarrollado una versión compacta de la planta de tomate, diseñada específicamente para crecer en el espacio.
Esta planta, que apenas alcanza unos pocos centímetros de altura, está en camino a la Estación Espacial Internacional (ISS), donde se someterá a una serie de experimentos en el laboratorio Advanced Plant Habitat.
Según Robert Jinkerson, profesor asociado de ingeniería química y ambiental en la UC Riverside, “será un ciclo de semilla a semilla a semilla, lo cual nunca se ha hecho antes en el espacio”.
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Ingeniería genética para cultivos espaciales
El desarrollo de estos tomates ha sido posible gracias a la tecnología de edición genética CRISPR-Cas9, utilizada por Martha Orozco-Cárdenas, directora del Plant Transformation Research Center en UC Riverside.
Esta tecnología permitió reducir el tamaño de las plantas de tomate y optimizar la proporción de hojas y tallos respecto al fruto, adaptándolas para su cultivo en espacios reducidos como la ISS.
Con el apoyo de un financiamiento de $800,000 del Translational Research Institute for Space Health de la NASA, los investigadores continuaron modificando y evaluando las plantas para determinar su idoneidad en el espacio.
Este proyecto, denominado Small Plants for Space Expeditions (SPACE), podría aplicarse a otras plantas, creando un conjunto de cultivos para la agricultura en el espacio y futuras colonias espaciales.
Cultivo más allá de los tomates
Además de los tomates, el equipo de Jinkerson está desarrollando sistemas para cultivar levadura comestible, algas verdes y hongos en el espacio
Este verano, el equipo ganó $250,000 como finalista en el Deep Space Food Challenge de la NASA, una competencia internacional que comenzó con aproximadamente 200 equipos de científicos con el objetivo de desarrollar sistemas para producir alimentos en la ISS.
El reto consistía en crear un sistema compacto, con un límite de espacio de 2 metros cúbicos y un consumo máximo de 1500 vatios de electricidad.
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Para cumplir con estos requisitos, el equipo de UC Riverside se basó en su éxito previo en el cultivo de hongos sin luz solar.
En lugar de depender de la fotosíntesis, los hongos utilizan un compuesto de carbono llamado acetato como fuente alternativa de energía.
“Con nuestro sistema, estimamos que podemos obtener alrededor de 4000 calorías por día”, afirmó Jinkerson, subrayando que esta cantidad es considerablemente superior a la que se podría lograr con la fotosíntesis biológica.
Agricultura en espacios reducidos
Los avances en el cultivo de plantas en condiciones espaciales también tienen aplicaciones para la Tierra.
La creciente necesidad de producir alimentos en espacios reducidos, como en granjas urbanas verticales, podría beneficiarse de estas innovaciones.
En las granjas verticales, los cultivos hidropónicos crecen en estantes con hasta una docena de capas, cada una de ellas con un espacio de cultivo limitado a aproximadamente un pie de altura.
Actualmente, estas instalaciones se utilizan principalmente para cultivar verduras de ensalada como espinacas y lechugas baby. Sin embargo, una versión del tomate SPACE podría ser una opción viable en el futuro.
Asimismo, estas innovaciones son necesarias para cultivar en regiones donde el clima se vuelve cada vez más inhóspito para la agricultura al aire libre, como en áreas secas de África.
Con el objetivo de desarrollar cultivos que crezcan utilizando acetato, Jinkerson ha recibido una subvención de $2.4 millones de la Fundación Bill y Melinda Gates.
Según Jinkerson, “podemos cultivar organismos productores de alimentos en la oscuridad utilizando acetato como su única fuente de carbono y energía, sin depender de la fotosíntesis”.
No obstante, el cultivo de tomates y otras plantas adultas en la oscuridad utilizando acetato presenta dificultades adicionales, debido a la toxicidad del acetato para las plantas adultas.
El equipo de Jinkerson está trabajando en soluciones que imiten los procesos metabólicos de las semillas en germinación, que son capaces de procesar acetato antes de que este mecanismo se desactive al recibir luz solar.
“Estamos básicamente tratando de hacer ingeniería para activar el metabolismo que permite a las plantas adultas utilizar el acetato”, explicó Jinkerson.
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Limitaciones futuro de la agricultura
La fotosíntesis, aunque asombrosa, es energéticamente ineficiente.
Jinkerson señala que, en un campo densamente plantado de soja, solo alrededor del 1 % de la energía solar que incide sobre el campo es capturada por las plantas para producir biomasa.
En contraste, cubrir ese mismo campo con paneles solares fotovoltaicos permitiría capturar el 22 % de la energía solar en forma de electricidad.
Esta energía podría utilizarse para un proceso de electrólisis que convierta el dióxido de carbono en acetato, y posteriormente, el acetato podría utilizarse para producir cultivos en la oscuridad, aprovechando hasta un 8% de la energía solar original en biomasa.
Según Jinkerson, la agricultura tuvo un gran avance en el siglo XX, duplicando la producción de alimentos gracias a variedades de cultivos más productivas y a mejoras incrementales en fertilización, control de plagas y tecnologías de riego.
Sin embargo, la agricultura está llegando a sus límites físicos, mientras que la población sigue creciendo y los agricultores enfrentan nuevas complicaciones debido al cambio climático.
“¿Podría ser el cultivo de plantas en la oscuridad la próxima gran innovación tecnológica en la agricultura?” se pregunta Jinkerson, quien cree que sí.
“Utilizar enfoques de fotosíntesis artificial para producir alimentos podría representar un cambio de paradigma en la forma en que alimentamos a la gente”, afirmó.
Al aumentar la eficiencia de la producción de alimentos, se necesita menos tierra, lo que reduce el impacto de la agricultura en el ambiente.
“Para la agricultura en entornos no tradicionales, como el espacio exterior, la mayor eficiencia energética podría ayudar a alimentar a más miembros de la tripulación con menos insumos”, finalizó el profesor.
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La investigación en la agricultura espacial promete cambiar la forma en que se alimenta a los astronautas y podría revolucionar la agricultura en la Tierra, ofreciendo nuevas opciones para enfrentar los problemas actuales y futuros de la producción de alimentos.
Con avances como los desarrollados por Jinkerson y su equipo, el cultivo en la oscuridad podría ser una herramienta para mejorar la producción agrícola del siglo XXI, tanto en la Tierra como en el espacio.
Fuentes: University of California, Riverside
