Científicos logran cultivar por primera vez plantas en suelo lunar

(CNN) — En una primicia histórica, los científicos han cultivado plantas en suelo lunar utilizando muestras recolectadas durante las misiones Apolo a la luna. Esta es la primera vez que las plantas brotan y crecen en la Tierra en 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 aterrizar a la primera mujer y la primera persona de color en el polo sur lunar a finales de esta década.

Pero los experimentos también revelan cuán estresante es para las plantas crecer en el regolito lunar, o suelo, que es muy diferente de los hábitats naturales de la Tierra.

Un estudio que detalla el experimento de la planta publicado el jueves en la revista Communications Biology.

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Diferentes tipos de plantas, incluidos 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 dañinas para la vida en la Tierra.

(Desde la izquierda) Los coautores del estudio Anna-Lisa Paul y Rob Ferl del Instituto de Ciencias Agrícolas y Alimentarias de la Universidad de Florida se muestran trabajando con suelos lunares.

“Las plantas ayudaron a establecer que las muestras de suelo traídas de la luna no albergaban patógenos u otros componentes desconocidos que dañarían la vida terrestre, pero esas plantas solo se espolvorearon con el regolito lunar y nunca se cultivaron en él”, dijo Anna, coautora del estudio. -Lisa Paul, profesora investigadora de ciencias hortícolas en el Instituto de Ciencias Agrícolas y Alimentarias de la Universidad de Florida.

Paul y el coautor del estudio Rob Ferl, distinguido profesor de ciencias hortícolas en el Instituto de Ciencias Agrícolas y Alimentarias de la UF, querían dar un paso más y ver si las semillas crecerían en el suelo lunar.

“Para futuras misiones espaciales más largas, podemos usar la Luna como centro o plataforma de lanzamiento“, dijo Ferl en un comunicado. “Entonces, ¿qué sucede cuando cultivas 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

Es un experimento que lleva mucho tiempo en desarrollo: han pasado 15 años desde que los investigadores hicieron su primera propuesta y solicitud de muestras lunares. La solicitud fue concedida hace 18 meses.

El equipo de investigación solicitó a la NASA 4 gramos de material lunar recolectado durante la misión Apolo 17. Ryan Zeigler, curador de muestras de Apolo de la NASA, vio el valor científico de proporcionar más de las diferentes misiones Apolo. Les envió un total de 12 gramos (2,7 cucharaditas) de muestras lunares recolectadas de las misiones Apolo 11, 12 y 17.

“Eso marcó una gran diferencia al permitirnos profundizar en la ciencia y los efectos del regolito lunar en las plantas 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 longitudes de onda óptimas para el crecimiento de plantas fotosintéticas.

Los investigadores utilizaron pozos del tamaño de dedales como ollas. Normalmente, estas bandejas de plástico se utilizan para cultivar células.

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Los científicos llenaron cada pocillo con un gramo de suelo lunar, agregaron nutrientes y agua, e introdujeron algunas semillas de Arabidopsis thaliana, o thale cress, una pequeña planta con flores nativa de Eurasia y África.

El berro de Thale es un espécimen de planta atractivo para los investigadores porque está bien estudiado y su código genético ha sido mapeado, lo que permitió a los investigadores estudiar cómo el suelo extraño afectó la expresión genética de la planta. Y la planta ya ha estado en el espacio a bordo del transbordador y la estación espacial, proporcionando al equipo datos espaciales para usar en una comparación.

También se sembraron semillas de Arabidopsis en una sustancia sintética que simula suelo lunar, así como cenizas volcánicas y otros sustratos de ambientes extremos.

Para sorpresa de los investigadores, casi todas las semillas plantadas en el oscuro suelo lunar brotaron y comenzaron a crecer.

“No predijimos eso”, dijo Paul. “Eso nos dijo que los suelos lunares no interrumpieron las hormonas y las señales involucradas en la germinación de las plantas”.

Suelo antagónico

Los brotes de Arabidopsis, sin embargo, mostraron signos de lucha mientras se adaptaban al suelo lunar.

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Las plántulas eran más pequeñas, crecían más lentamente y variaban en tamaño en comparación con las plantas que crecían en los suelos de la Tierra. Las raíces estaban atrofiadas. Y las plantas tardaron más en desarrollar hojas expandidas que las plantas de Arabidopsis cultivadas en ceniza volcánica. Algunas de las plantas del suelo lunar mostraban pigmentos negros rojizos en sus hojas, un signo externo de estrés.

A nivel genético, tres de las plantas más pequeñas y oscuras expresaron más de 1000 genes que estaban relacionados en gran medida con el estrés.

“A nivel genético, las plantas estaban sacando las herramientas que normalmente se usan para hacer frente a los factores estresantes, 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, puedan crecer en el suelo lunar con muy poco impacto en su salud”.

Para el día 16, había claras diferencias físicas entre las plantas que crecían en la ceniza volcánica (izquierda) y las que crecían en el suelo lunar (derecha).

Las plantas de Arabidopsis que más lucharon se cultivaron en suelo lunar maduro y se volvieron moradas como respuesta al estrés oxidativo. Estos suelos recolectados durante la misión Apolo 11 estuvieron más expuestos al duro entorno espacial, y las plantas cultivadas en las muestras de Apolo 12 y 17 parecían tener mejores resultados.

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La superficie lunar, bombardeada regularmente por rayos cósmicos y 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 se veían saludables luchaban por mantenerse saludables”, dijo Paul. “Crecieron en regolito lunar, pero tuvieron que lidiar con él a nivel metabólico para mantener ese tipo de salud”.

Invernaderos espaciales

Los investigadores quieren realizar estudios de seguimiento para comprender cómo el cultivo de plantas en el entorno lunar podría alterar el suelo de la luna.

“La Luna es un lugar muy, muy seco”, dijo el coautor del estudio Stephen Elardo, profesor asistente de geología de la UF. “¿Cómo responderán los minerales en el suelo lunar al tener una planta creciendo en ellos, con el agua y los nutrientes agregados? ¿Agregar agua hará que la mineralogía sea más hospitalaria para las plantas?”

En la luna, estas plantas podrían extraer recursos del suelo lunar, como el hierro metálico, y ponerlos a disposición en formas útiles.

Las plantas del experimento se colocaron en viales para su uso en el análisis genético.

La investigación adicional también podría ayudar a los investigadores a determinar la forma más eficiente de cultivar plantas en suelo lunar y ayudarlos a evitar los factores estresantes identificados durante el estudio. Y el equipo quería llegar a una comprensión clara del valor nutricional de estas plantas, y si eso se ve afectado por el suelo.

Si bien el berro thale es comestible, no es sabroso ni se considera un cultivo alimentario. Pero pertenece a la misma familia de plantas que el brócoli, la col rizada, los nabos y la coliflor.

Sharmila Bhattacharya, científica jefe de astrobiónica de la NASA, consideró que el descubrimiento del crecimiento de las plantas es “bastante emocionante” y dijo que el estudio presenta muchas oportunidades de seguimiento para los científicos. Bhattacharya no participó en este estudio.

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“Necesitamos averiguar cómo hacer que las plantas crezcan aún mejor en este sustrato de regolito”, escribió Bhattacharya en un correo electrónico. “Por ejemplo, ¿necesitamos agregar otros componentes para ayudar a las plantas y, de ser así, cuáles son? ¿Hay otras plantas que puedan adaptarse mejor a estos sustratos de regolito y, de ser así, qué características las hacen más resistentes a estos? ambientes?

“Eso es lo que es tan emocionante de la ciencia; cada nuevo hallazgo conduce a resultados más únicos y transformadores en el futuro, que luego podemos usar para ayudar a mejorar la sostenibilidad de nuestras futuras misiones de exploración espacial”.

Los científicos ven su experimento como un resultado positivo de lo que puede ser posible a medida que los humanos amplían los límites de la exploración espacial.

“Es sorprendente que la planta siga creciendo en este entorno tan duro”, dijo Elardo. “Está estresado, pero no muere”.

“Cuando los humanos se mueven como civilizaciones para quedarse en algún lugar, siempre llevamos nuestra agricultura con nosotros”, dijo Ferl. “La idea de llevar suelo lunar a un invernadero lunar es materia de sueños de exploración”.