International Space Station
El cultivo de plantas en condiciones de microgravedad es uno de los aspectos más importantes de cara a futuras misiones tripuladas a Marte, no sólo porque pueden producir alimentos para los astronautas, sino también porque contribuyen a la generación de oxígeno para los hábitats. En la Estación Espacial Internacional se realizan a menudo experimentos de crecimiento de plantas para comprobar cómo se ve afectado por un entorno con una gravedad mucho menor que en la Tierra.
De estos experimentos se está llevando a cabo actualmente Seedling Growth-3, la tercera etapa de un programa conjunto entre la NASA y la ESA. El investigador principal de esta tercera fase es el doctor Francisco José Medina, del Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC, que cuenta con la participación de otros dos laboratorios franceses y de la ESA para estudiar cómo pueden cultivarse plantas en el espacio.
Qué es Seedling Growth
“Seedling Growth es un proyecto conjunto de la NASA y de la ESA y está dividido en tres partes. La primera parte es más responsabilidad de la NASA, la segunda parte fue compartida al 50% y la tercera parte, más responsabilidad nuestra. Hemos sido nosotros los que hemos seleccionado exactamente el tipo de líneas de arabidopsis, la especie vegetal que se está utilizando en el experimento”, explica el doctor Medina.
El propósito del experimento es comprobar cómo afecta la microgravedad al desarrollo de las plantas porque “la gravedad es un factor esencial. Todo el mundo puede darse cuenta, a simple vista, cómo la gravedad influye en el desarrollo de las plantas. La gravedad determina la dirección del crecimiento de la raíz y del tallo. Que la raíz crezca hacia abajo y el tallo crezca hacia arriba no son hechos triviales, sino que están determinados precisamente porque el vector de la gravedad va de arriba abajo”, continúa Medina.
El biólogo añade que “es un concepto muy importante porque “abajo” están los nutrientes que la planta tiene que tomar del suelo, el agua y las sales minerales, principalmente. Y “arriba” está la luz, que es hacia donde crecen las hojas y donde se produce la fotosíntesis, que es un proceso esencial para el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Si no hay gravedad, no existe arriba y no existe abajo; por tanto, las referencias para el crecimiento de la planta se pierden”.
Es decir, en el espacio, sin el marco de referencia de la gravedad terrestre, las plantas se desorientan, del mismo modo que lo hacen inicialmente los astronautas, pero para ellas resulta un poco más complicado adaptarse a su nuevo entorno. Seedling Growth-3 quiere comprobar si la gravedad puede ser sustituida por otra referencia: la luz. Medina apunta que “lo que estamos interesados en ver es si dar una referencia concreta espacial, como es la luz, puede sustituir de alguna manera la referencia de la gravedad… Si la irradiación con luz roja puede restaurar los daños que provoca la ausencia de gravedad”.
“Seedling Growth es un proyecto conjunto de la NASA y de la ESA y está dividido en tres partes. La primera parte es más responsabilidad de la NASA, la segunda parte fue compartida al 50% y la tercera parte, más responsabilidad nuestra. Hemos sido nosotros los que hemos seleccionado exactamente el tipo de líneas de arabidopsis, la especie vegetal que se está utilizando en el experimento”, explica el doctor Medina.
El propósito del experimento es comprobar cómo afecta la microgravedad al desarrollo de las plantas porque “la gravedad es un factor esencial. Todo el mundo puede darse cuenta, a simple vista, cómo la gravedad influye en el desarrollo de las plantas. La gravedad determina la dirección del crecimiento de la raíz y del tallo. Que la raíz crezca hacia abajo y el tallo crezca hacia arriba no son hechos triviales, sino que están determinados precisamente porque el vector de la gravedad va de arriba abajo”, continúa Medina.
El biólogo añade que “es un concepto muy importante porque “abajo” están los nutrientes que la planta tiene que tomar del suelo, el agua y las sales minerales, principalmente. Y “arriba” está la luz, que es hacia donde crecen las hojas y donde se produce la fotosíntesis, que es un proceso esencial para el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Si no hay gravedad, no existe arriba y no existe abajo; por tanto, las referencias para el crecimiento de la planta se pierden”.
Es decir, en el espacio, sin el marco de referencia de la gravedad terrestre, las plantas se desorientan, del mismo modo que lo hacen inicialmente los astronautas, pero para ellas resulta un poco más complicado adaptarse a su nuevo entorno. Seedling Growth-3 quiere comprobar si la gravedad puede ser sustituida por otra referencia: la luz. Medina apunta que “lo que estamos interesados en ver es si dar una referencia concreta espacial, como es la luz, puede sustituir de alguna manera la referencia de la gravedad… Si la irradiación con luz roja puede restaurar los daños que provoca la ausencia de gravedad”.
La importancia de la Estación Espacial Internacional
La ISS es el lugar ideal para comprobar esta hipótesis. Jason Hatton, jefe de La Oficina de Biología y Ciencia de Monitorización Medioambiental de la ESA, explica que “la respuesta a la luz (fototropismo) sólo puede estudiarse en aislamiento en ausencia de gravedad, pues en la Tierra, la planta responde tanto a la luz como a la gravedad. En experimentos anteriores hechos por el coinvestigador estadounidense del experimento (el profesor John Kiss, en el experimento TROPI), se descubrió una débil respuesta a la luz roja que estaba completamente enmascarada por una respuesta mucho más fuerte a la gravedad en experimentos en tierra”.
¿Y qué daños provoca la ingravidez a las plantas? Básicamente, un crecimiento descoordinado de sus células. Lo que el equipo del doctor Medina está estudiando son los procesos de crecimiento de unas células indiferenciadas, parecidas a las células madre, que van generando células especializadas en diferentes procesos del desarrollo de la planta. Él mismo señala que “si uno cultiva una planta en un entorno de microgravedad observa cómo las referencias de crecimiento se pierden y la dirección de crecimiento del tallo y, sobre todo, de la raíz, se pierden absolutamente. Al nivel de las células y de las moléculas, que es en lo que nosotros estamos especialmente interesados, eso tiene unos efectos muy importantes en la proliferación de las células”. Coloquialmente, se podría decir que se vuelven locas. “La regulación de ese proceso continuo de división y crecimiento, que tiene que ser muy estricta para que se generen células especilizadas, se pierde. Las tasas de proliferación se descoordinan con las tasas de crecimiento”, continúa explicando Francisco Javier Medina.
El objetivo, por tanto, del experimento es, en palabras de su responsable, comprobar si se puede “engañar” a las células con irradiación de luz roja para que se comporten como lo harían en un entorno de gravedad terrestre: “la longitud de onda de la luz roja es especialmente beneficiosa porque hay unos receptores en las células que son especialmente sensibles a la luz roja a la hora de transmitir esa señal estimuladora a los procesos celulares en los que nosotros estamos interesados”.
Para realizar esta tercera parte de Seedling Growth, el CSIC y la ESA han desarrollado FixBox, una caja especial para poder preservar las muestras obtenidas en la ISS. “Tecnológicamente, FixBox es un reto muy complicado por el comportamiento de fluidos en microgravedad. Se concibió en 2011, y estaba listo a mediados del año pasado”, señala Francisco Javier Medina. Es también un ejemplo de la colaboración internacional, y entre científicos y agencias espaciales, que favorece la ISS. Como explica Jason Hatton, “se permite que se consiga mucho más que trabajando solos. En este caso, es un protocolo del experimento elaborado entre los equipos estadounidense y europeo con recursos de la ISS, y el equipamiento del experimento está proporcionado por la ESA y la NASA. El resultado es que se pudo realizar un experimento mucho más sustancial para el equipo científico de lo que hubiera sido posible en dos experimentos separados europeo y estadounidense.
FixBox fija las plantas cultivadas en ingravidez para su estudio en la Tierra. Medina detalla el funcionamiento del experimento señalando que “se mandan semillas en estado seco a la Estación Espacial Internacional preparadas para ser germinadas. Esas semillas, en un determinado momento, se hidratan, y esa hidratación supone el comienzo del experimento. Las semillas germinan, se desarrollan pequeñas plántulas y se mantiene el crecimiento durante seis días. Al final de esos días, la planta se detiene en su crecimiento, bien por la adición de un producto químico que preserva el material biológico para posibilitar su observación al microscopio, o bien por ultracongelación a -80º, que permite el análisis por técnicas de biología molecular. Esas plantas así preservadas se transportan posteriormente a la Tierra, llega a nuestro laboratorio, y ahí es donde efectuamos el análisis biológico de las muestras”.
¿Y qué daños provoca la ingravidez a las plantas? Básicamente, un crecimiento descoordinado de sus células. Lo que el equipo del doctor Medina está estudiando son los procesos de crecimiento de unas células indiferenciadas, parecidas a las células madre, que van generando células especializadas en diferentes procesos del desarrollo de la planta. Él mismo señala que “si uno cultiva una planta en un entorno de microgravedad observa cómo las referencias de crecimiento se pierden y la dirección de crecimiento del tallo y, sobre todo, de la raíz, se pierden absolutamente. Al nivel de las células y de las moléculas, que es en lo que nosotros estamos especialmente interesados, eso tiene unos efectos muy importantes en la proliferación de las células”. Coloquialmente, se podría decir que se vuelven locas. “La regulación de ese proceso continuo de división y crecimiento, que tiene que ser muy estricta para que se generen células especilizadas, se pierde. Las tasas de proliferación se descoordinan con las tasas de crecimiento”, continúa explicando Francisco Javier Medina.
El objetivo, por tanto, del experimento es, en palabras de su responsable, comprobar si se puede “engañar” a las células con irradiación de luz roja para que se comporten como lo harían en un entorno de gravedad terrestre: “la longitud de onda de la luz roja es especialmente beneficiosa porque hay unos receptores en las células que son especialmente sensibles a la luz roja a la hora de transmitir esa señal estimuladora a los procesos celulares en los que nosotros estamos interesados”.
Para realizar esta tercera parte de Seedling Growth, el CSIC y la ESA han desarrollado FixBox, una caja especial para poder preservar las muestras obtenidas en la ISS. “Tecnológicamente, FixBox es un reto muy complicado por el comportamiento de fluidos en microgravedad. Se concibió en 2011, y estaba listo a mediados del año pasado”, señala Francisco Javier Medina. Es también un ejemplo de la colaboración internacional, y entre científicos y agencias espaciales, que favorece la ISS. Como explica Jason Hatton, “se permite que se consiga mucho más que trabajando solos. En este caso, es un protocolo del experimento elaborado entre los equipos estadounidense y europeo con recursos de la ISS, y el equipamiento del experimento está proporcionado por la ESA y la NASA. El resultado es que se pudo realizar un experimento mucho más sustancial para el equipo científico de lo que hubiera sido posible en dos experimentos separados europeo y estadounidense.
FixBox fija las plantas cultivadas en ingravidez para su estudio en la Tierra. Medina detalla el funcionamiento del experimento señalando que “se mandan semillas en estado seco a la Estación Espacial Internacional preparadas para ser germinadas. Esas semillas, en un determinado momento, se hidratan, y esa hidratación supone el comienzo del experimento. Las semillas germinan, se desarrollan pequeñas plántulas y se mantiene el crecimiento durante seis días. Al final de esos días, la planta se detiene en su crecimiento, bien por la adición de un producto químico que preserva el material biológico para posibilitar su observación al microscopio, o bien por ultracongelación a -80º, que permite el análisis por técnicas de biología molecular. Esas plantas así preservadas se transportan posteriormente a la Tierra, llega a nuestro laboratorio, y ahí es donde efectuamos el análisis biológico de las muestras”.
Los proyectos futuros
Seedling Growth-3 no va a ser el final de los estudios de crecimiento de plantas en el espacio. El propio Medina cuenta que ya se está trabajando en el siguiente paso: “hay un experimento ya solamente europeo. Involucra a uno de los laboratorios franceses que está colaborando con nosotros y a otro laboratorio noruego. Pretende seguir ahondando en este tipo de problemas investigando otros aspectos celulares y moleculares, fundamentalmente, de la adaptación de las plantas al crecimiento en ausencia de gravedad”.
Por su parte, Jason Hatton recuerda que la ESA tiene en desarrollo el proyecto MELISSA, un sistema de soporte vital para la exploración espacial tripulada que incluye un compartimento mayor para las plantas. En ese aspecto, Hatton apunta que “tenemos un nuevo experimento para la ISS que estudiará el crecimiento de plantas de guisantes Mung como datos de vuelo para MELISSA”.
Experimentos como Seedling Growth-3 resultan fundamentales para una mejor comprensión de las futuras misiones tripuladas fuera de la órbita terrestre, pero también tienen beneficios en la vida en la Tierra.
Seedling Growth-3 no va a ser el final de los estudios de crecimiento de plantas en el espacio. El propio Medina cuenta que ya se está trabajando en el siguiente paso: “hay un experimento ya solamente europeo. Involucra a uno de los laboratorios franceses que está colaborando con nosotros y a otro laboratorio noruego. Pretende seguir ahondando en este tipo de problemas investigando otros aspectos celulares y moleculares, fundamentalmente, de la adaptación de las plantas al crecimiento en ausencia de gravedad”.
Por su parte, Jason Hatton recuerda que la ESA tiene en desarrollo el proyecto MELISSA, un sistema de soporte vital para la exploración espacial tripulada que incluye un compartimento mayor para las plantas. En ese aspecto, Hatton apunta que “tenemos un nuevo experimento para la ISS que estudiará el crecimiento de plantas de guisantes Mung como datos de vuelo para MELISSA”.
Experimentos como Seedling Growth-3 resultan fundamentales para una mejor comprensión de las futuras misiones tripuladas fuera de la órbita terrestre, pero también tienen beneficios en la vida en la Tierra.
Fuentes: ESA
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