Las plantas han sido cultivadas en suelo lunar por primera vez

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En una primicia histórica, los científicos cultivaron plantas en suelo lunar utilizando muestras recolectadas durante las misiones Apolo a la luna. Esta es la primera vez que las plantas crecen y crecen en la Tierra en el suelo de otro cuerpo celeste.

El estudio podría sentar las bases para el cultivo de plantas que proporcionen oxígeno y alimentos en la Luna, una consideración oportuna ya que el programa Artemis de la NASA busca aterrizar a la primera mujer y persona de color en el polo sur lunar a finales de esta década.

Pero los experimentos también revelan lo estresante que 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 la experiencia de la planta publicado el jueves en la revista Communications Biology.

Diferentes tipos de plantas, incluidos los cultivos alimentarios, volaron 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.

“Las plantas ayudaron a establecer que las muestras de suelo traídas de la luna no albergaban patógenos u otros compuestos desconocidos que podrían dañar la vida en la Tierra, pero estas plantas solo estaban espolvoreadas con regolito lunar y nunca se cultivaron allí”, dijo el coautor del estudio. autora Ana. -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, un distinguido profesor de ciencias hortícolas en el Instituto de Ciencias Agrícolas y Alimentarias de la UF, querían profundizar más y ver si las semillas crecerían en el suelo lunar.

“Para futuras misiones espaciales más largas, podríamos 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?

Es un experimento de larga duración: han pasado 15 años desde que los investigadores hicieron su primera propuesta y solicitud de muestras lunares. La solicitud fue aceptada 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 durante las misiones Apolo 11, 12 y 17.

“Ha marcado una gran diferencia al permitirnos profundizar en la ciencia y los efectos del regolito lunar en las plantas de lo que podríamos haberlo hecho de otra manera”, dijo Paul.

(De izquierda a derecha) 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 un dedal como macetas. Generalmente, estas bandejas de plástico se utilizan para el cultivo celular.

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

Arabis es un espécimen de planta atractivo para los investigadores porque está bien estudiado y su código genético ha sido mapeado, lo que ha permitido a los investigadores estudiar cómo el suelo extraño afecta la expresión génica en la planta. Y la planta ya ha viajado al espacio a bordo del transbordador y la estación espacial, proporcionando al equipo datos espaciales para comparar.

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 germinaron y comenzaron a crecer.

“No planeamos esto”, dijo Paul. “Nos dijo que los suelos lunares no estaban interrumpiendo las hormonas y las señales involucradas en la germinación de las plantas”.

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

Las plántulas eran más pequeñas, crecían más lentamente y variaban en tamaño en comparación con las plantas que crecían en suelos terrestres. Las raíces estaban atrofiadas. Y las plantas tardaron más en desarrollar hojas agrandadas 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.

Genéticamente, tres de las plantas más pequeñas y oscuras expresaron más de 1000 genes relacionados en gran medida con el estrés.

“A nivel genético, las plantas estaban eliminando las herramientas que normalmente se usan para lidiar con 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 determinar cómo podemos mejorar las respuestas al estrés hasta el nivel en que las plantas, especialmente los cultivos, puedan crecer en suelo lunar con muy poco impacto en su salud.

El día 16, hubo claras diferencias físicas entre las plantas cultivadas en ceniza volcánica (izquierda) y las que crecieron en suelo lunar (derecha).

Las plantas de Arabidopsis que más sufrieron se cultivaron en suelo lunar maduro y se volvieron moradas en 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.

La superficie lunar, bombardeada regularmente por los rayos cósmicos y el viento solar, también incluye partículas de hierro y pequeños fragmentos de vidrio. Todo esto podría dañar el crecimiento de las plantas.

“Incluso las plantas que parecían saludables tuvieron dificultades para mantenerse saludables”, dijo Paul. “Crecieron en el regolito lunar, pero tuvieron que lidiar con él a nivel metabólico para mantener ese tipo de salud”.

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 en la UF. “¿Cómo reaccionarán los minerales del suelo lunar al crecimiento de las plantas, con la adición de agua y nutrientes? ¿La adición de 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 frascos para ser utilizados para 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 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 esto se ve afectado por el suelo.

Aunque el berro de 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 era “bastante emocionante” y dijo que el estudio presenta muchas oportunidades de seguimiento para los científicos. Bhattacharya no participó en este estudio.

“Necesitamos descubrir cómo hacer que las plantas crezcan aún mejor en este sustrato de regolito”, escribió Bhattacharya en un correo electrónico. “Por ejemplo, ¿necesitamos agregar otros compuestos para ayudar a las plantas a avanzar 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 entornos?

“Eso es lo que es tan emocionante de la ciencia; ¡cada nuevo descubrimiento 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 se está muriendo”.

“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 hace que la exploración sueñe”.

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