¿Qué es la agricultura espacial y por qué Brasil envía plantas fuera de la Tierra?

En abril pasado, semillas de garbanzo y plantas de batata producidas en Brasil partieron en un vuelo suborbital de la empresa privada Blue Origin, lo que representó un paso importante para la agricultura espacial brasileña.

Pero ¿qué es exactamente la agricultura espacial? ¿Y por qué investigadores brasileños envían vegetales fuera de la atmósfera terrestre?

La historia comienza en 2020, cuando la NASA y el Departamento de Estado de EE. UU., con la participación de compañías de vuelos espaciales comerciales y socios internacionales, establecieron el Acuerdo Artemis, que tiene como objetivo que los humanos regresen a la Luna, exploren el espacio profundo y posiblemente pisen Marte por primera vez.

A diferencia del Programa Apolo, realizado por la NASA entre 1961 y 1972, la idea de las nuevas misiones no es sólo llegar temporalmente al satélite natural de la Tierra, sino establecer bases permanentes con presencia humana , iniciando una economía sostenible en la Luna y, a largo plazo, en el planeta rojo, en un escenario que remite a la película “The Martian” (2015).

Inicialmente, el acuerdo involucró a ocho países, pero actualmente cuenta con 55 naciones firmantes, entre ellas Brasil , que se unió al programa en 2021. Al año siguiente, se publicaron los objetivos de Artemis, algunos de ellos relacionados con el cultivo de plantas en el espacio, ya que el costo de enviar alimentos producidos en la Tierra haría imposible mantener la dieta de los astronautas.

Países signatarios del Acuerdo Artemis

• Alemania
• Angola
• Arabia Saudita
• Argentina
• Armenia
• Australia
• Austria
• Baréin
• Bangladés
• Bélgica
• Brasil
• Bulgaria
• Canadá
• Chile
• Chipre
• Colombia
• Corea del Sur
• Dinamarca
• Emiratos Árabes Unidos
• Ecuador
• Eslovaquia
• Eslovenia
• España
• Estonia
• Estados Unidos
• Finlandia
• Francia
• Grecia
• India
• Islandia
• Israel
• Italia
• Japón
• Liechtenstein
• Lituania
• Luxemburgo
• México
• Nigeria
• Noruega
• Nueva Zelanda
• Panamá
• Países Bajos
• Perú
• Polonia
• Reino Unido
• República Dominicana
• República Checa
• Rumania
• Ruanda
• Singapur
• Suecia
• Suiza
• Tailandia
• Ucrania
• Uruguay

“Como Brasil es reconocido internacionalmente por su investigación agrícola, vimos una oportunidad para que Embrapa contribuya, pensando también en el retorno a la sociedad brasileña de todas las tecnologías que se desarrollarán a lo largo del trabajo”, explica Alessandra Fávero, investigadora de Embrapa Sudeste y coordinadora de la red Spacing Farm Brasil.

La idea fue llevada a la gestión de Embrapa Pecuária Sudeste, que apoyó el avance de articulaciones sobre el tema con investigadores de otras unidades de la institución, como Agroenergía, Instrumentación, Hortalizas, Agroindustria Tropical y Soja, además de la Agencia Espacial Brasileña (AEB) y varias universidades e instituciones de investigación.

Hoy en día, la Red Space Farming Brasil cuenta con 56 investigadores de 22 instituciones, incluyendo cuatro internacionales, con diferentes especializaciones .

Instituciones que forman parte de la Red de Agricultura Espacial Brasil

• Agencia Espacial Brasileña (AEB)
• Centro de Energía Nuclear en Agricultura de la Universidad de São Paulo (Cena-USP)
• Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa)
• Facultad de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (Esalq-USP)
• Instituto Agronómico (IAC)
• Instituto de Estudios Avanzados (IEAv)
• Instituto de Geociencias de la Universidad de São Paulo (IGc-USP)
• Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE)
• Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP)
• Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)
• Universidad Tecnológica de Florida (FIT)
• Parque de Innovación Tecnológica de São José dos Campos (PITSJC)
• Universidad de Florida (UFL)
• Universidad de Newcastle (NCL)
• Universidad Federal del ABC (UFABC)
• Universidad Federal de Lavras (Ufla)
• Universidad Federal de Pelotas (UFPel)
• Universidad Federal de Rio Grande do Norte (UFRN)
• Universidad Federal de São Carlos (UFSCar)
• Universidad Federal de Santa María (UFSM)
• Universidad Federal de Vicosa (UFV)
• Universidad Estatal de Winston Salem (WSSU)

El 14 de abril, la cadena marcó un hito sin precedentes al enviar garbanzos y batatas al espacio en la misión NS-31 de Blue Origin, la misma que llevó a la cantante Katy Perry más allá de la atmósfera terrestre. La empresa aeroespacial comercial es propiedad del multimillonario estadounidense Jeff Bezos, también fundador y director ejecutivo de Amazon.

Durante unos cinco minutos, los alimentos estuvieron expuestos a un entorno de microgravedad, lo que podría proporcionar parámetros para el desarrollo de cultivos espaciales.

Las muestras se encuentran actualmente en Estados Unidos, donde se documenta el envío de las semillas y plantas a Brasil. A su regreso, se les realizará un análisis genético para comprender los efectos de la exposición a vuelos suborbitales.

Las especies fueron seleccionadas por su valor nutricional y adaptabilidad.

La elección de las especies de garbanzo y batata para los primeros experimentos brasileños no fue casual. Además de que la leguminosa es rica en proteínas y el tubérculo en carbohidratos de bajo índice glucémico, ambas son versátiles en la preparación de alimentos, generan pocos residuos, crecen rápidamente y son fáciles de manipular.

Los garbanzos se pueden utilizar para preparar platos que van desde hummus hasta hamburguesas, y son ricos en triptófano, un precursor de la serotonina, beneficioso en situaciones de estrés. La variedad utilizada en los estudios es BRS Aleppo, un cultivar desarrollado por la propia Embrapa.

En el caso de la batata, se utilizaron los cultivares Beauregard, que tienen diez veces más betacaroteno que las variedades más comunes del país, y Covington, desarrollado para tener crecimiento acelerado, adaptabilidad, alto valor nutricional y manejo sencillo.

La leguminosa es rica en antioxidantes, lo cual es beneficioso tanto para la salud humana como para la propia planta, ya que la hace más tolerante a la radiación ionizante presente en el espacio. Además, sus hojas, ricas en fibra y proteínas, también se pueden consumir, lo que reduce la producción de residuos.

La primera fase de la investigación es la simulación en la Tierra.

La primera fase de la investigación brasileña es la simulación en la Tierra, que implica la preparación del material, tanto de las especies vegetales como de las condiciones de cultivo en ambiente protegido, sistemas de iluminación y crecimiento acelerado de las plantas.

Una vez superada esta etapa, la idea es pasar a realizar pruebas en condiciones de órbita terrestre para adaptar el cultivo hasta el momento en que una misión regrese a la Luna y, posteriormente, llegue a Marte, establezca bases permanentes y pueda comenzar a sembrar en cuerpos celestes.

“Seguiremos haciendo ajustes hasta entonces, lo cual debería ocurrir solo en la próxima generación”, dice Alessandra. “Siempre decimos que el Programa Artemis aún está en sus inicios. Sabemos que es un proyecto a muy largo plazo, pero debemos empezar en algún momento, como con el desarrollo de cualquier tecnología importante”.

Los desafíos de la agricultura espacial incluyen la radiación ionizante y la ausencia de suelo, gravedad y atmósfera.

El coordinador de la red de Agricultura Espacial Brasil explica que, a mediano plazo, existen otras especies candidatas para ser incluidas en los estudios, pero que el enfoque actual se centra en plantas modelo. Otros países que colaboran con el proyecto de agricultura espacial trabajan con variedades como la papa inglesa, la lechuga, el tomate y otros alimentos.

Más adelante, la investigación también debería abarcar vegetales no necesariamente destinados a la alimentación, sino a la producción de fibras, bioplásticos, biomasa, productos farmacéuticos y otros derivados esenciales para mantener la vida humana fuera de la Tierra.

“Siempre decimos que las condiciones más extremas para el cultivo se dan fuera de la Tierra”, explica Alessandra. Los desafíos incluyen la microgravedad, la radiación ionizante cósmica y la ausencia de suelo y atmósfera.

Pruebas realizadas por la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) de la Universidad de São Paulo (USP) en Piracicaba, con equipos especiales y satélites cúbicos (satélites en miniatura), muestran que las plantas experimentan un estrés significativo en diferentes condiciones de gravedad, lo que compromete su producción. Al simular estos entornos en la Tierra, es posible predecir cómo hacer viable la agricultura en futuras estaciones espaciales.

La radiación ionizante cósmica exige que los cultivos estén protegidos, al igual que los astronautas, por recintos fabricados con materiales capaces de absorber las ondas.

“El suelo lunar, llamado regolito, es completamente diferente al nuestro: rico en aluminio y hierro, y extremadamente pobre en elementos importantes para la nutrición de las plantas”, explica Alessandra. “Por lo tanto, inicialmente, podemos utilizar técnicas como la aeroponía y la hidroponía, que no dependen del suelo, hasta que podamos adaptar el cultivo a las condiciones superficiales de diferentes cuerpos celestes”.

Investigación en Brasil utiliza compuestos que simulan el suelo de la Luna y Marte

En Brasil hay una investigación en marcha que trabaja con el desarrollo de plantas en compuestos que simulan el suelo lunar y marciano, dice el investigador.

Otra condición necesaria para establecer bases en la Luna y Marte es la creación de atmósferas artificiales, con una composición similar a la de la Tierra, como ya existe en la Estación Espacial Internacional.

Además del crecimiento de las plantas en un entorno cerrado, el cultivo debe ser completamente autosostenible. Por ejemplo, el cultivo debe producir nuevas semillas, el agua debe ser tratada, los residuos deben reincorporarse al sistema como fertilizante y el intercambio de dióxido de carbono por oxígeno debe producirse sin pérdidas.

La agricultura espacial también pretende beneficiar la producción en la Tierra

Además de permitir la creación de agricultura fuera de la Tierra, la investigación debería favorecer la agricultura en la Tierra, especialmente considerando las incertidumbres sobre el futuro del clima.

Los llamados productos derivados , o tecnologías utilizadas en nuestra vida diaria y derivadas de la exploración espacial, no son nada nuevo. Las cámaras de los celulares, los sistemas de navegación por satélite (GPS), las aspiradoras portátiles, las lentes resistentes a rayones, los filtros de aire, los audífonos inalámbricos, las prótesis artificiales e incluso los materiales utilizados en zapatillas y almohadas para correr provienen de estudios realizados por la NASA para misiones espaciales.

En agricultura, las granjas verticales, que reutilizan el agua, minimizan el consumo energético y eliminan el uso de suelo, también son fruto de las investigaciones de la agencia espacial norteamericana.

Las investigaciones de agricultura espacial realizadas en Brasil, en este contexto, también deben resultar en la creación de nuevas variedades de garbanzos, batatas y otras especies.

“Serán cultivares más eficientes en el uso del agua, más productivos, más adaptables y con otras características superiores que acabarán siendo lanzados al mercado y que podrán ser utilizados por los productores brasileños”, afirma Alessandra.

La cría preventiva puede seleccionar plantas tolerantes a condiciones más duras.

La expectativa, dice el investigador, es que, además de nuevas variedades, se desarrollen tecnologías que puedan beneficiar a la agricultura de la Tierra en medio de los desafíos del cambio climático.

Un sistema autosostenible puede utilizar las técnicas creadas por la agricultura espacial para garantizar la seguridad alimentaria de las poblaciones en regiones en proceso de desertificación, por ejemplo.

Otra línea de investigación se centra en el llamado mejoramiento preventivo. «Ahora podemos seleccionar plantas más tolerantes a las temperaturas proyectadas para dentro de 10 o 20 años, y cuando eso suceda, tendremos material listo para su uso».