En Marte, la película protagonizada por Matt Damon, su personaje se queda solo y abandonado a su suerte en los confines del Sistema Solar. Para no morir de hambre, su experiencia como botánico le permite cultivar alimentos en un planeta donde nada crece: su huerto de patatas se convierte así en su única esperanza de sobrevivir.

No es un problema exclusivo de historias de ciencia ficción, sino algo en lo que trabajan centenares de científicos de todo el mundo desde hace décadas: cómo hacer crecer plantas en entornos tan hostiles y complejos como la Luna o Marte. Más allá de los experimentos llevados a cabo en la Estación Espacial Internacional, desde la semana pasada la solución está un paso más cerca.

Un equipo de 40 de estos especialistas, procedentes de 11 países y 7 agencias espaciales distintas, ha publicado un estudio que pretende sentar las bases del sustento de los astronautas en las bases habitables de esta colonización espacial. Y sus resultados no sólo se harán realidad en misiones de la NASA tan inmediatas como Artemis III, prevista para 2027, sino que también tienen aplicaciones decisivas en la Tierra.

Huertos en la Luna

El estudio titulado Aprovechamiento de la biología vegetal para la exploración espacial y la sostenibilidad planetaria, publicado en New Phytologist, "presenta una visión colectiva que describe las prioridades relacionadas con la ciencia vegetal para apoyar una nueva frontera de la existencia humana", según sus autores.

Es una hoja de ruta que establece los pasos críticos y las tecnologías necesarias para convertir la agricultura espacial en una realidad sostenible, capaz de dar soporte a la vida humana primero en la Luna y, posteriormente, en Marte.

Hasta ahora, los experimentos de cultivo en la ISS han sido valiosos pero muy limitados en cuanto a su escala. El nuevo plan, un marco conceptual llamado Nivel de Preparación del Sistema de Soporte Vital Biorregenerativo (BLSS, por sus siglas en inglés), propone una transición hacia sistemas completamente autónomos y de ciclo cerrado.

Su función no es sólo proporcionar alimentos frescos, algo vital para la nutrición de los astronautas, sino que jugarán un papel fundamental en el ecosistema de los hábitats espaciales. Las plantas actuarán como motores biológicos encargados de reciclar el dióxido de carbono exhalado por la tripulación para generar oxígeno respirable, además de purificar el agua mediante la transpiración.

El objetivo es crear un entorno donde los desechos se conviertan en recursos, imitando los ciclos naturales de la Tierra pero en un entorno controlado y un exterior hostil. Las principales barreras para la agricultura extraterrestre son la falta de gravedad y la elevada radiación. Para superar estos obstáculos, la hoja de ruta detalla el uso de tecnologías avanzadas que van más allá de la agricultura tradicional, como el uso de gemelos digitales y la inteligencia artificial para monitorizar los cultivos en tiempo real.

Estos sistemas permitirán simular y predecir el comportamiento de las plantas antes de que ocurran problemas físicos reales. Mediante sensores precisos y sistemas automatizados, los astronautas podrán controlar el estrés de las plantas, sus necesidades hídricas y su desarrollo sin necesidad de una intervención manual constante.

El estudio subraya que el diseño de estos sistemas debe ser "agnóstico a la gravedad", permitiendo que los mecanismos de entrega de nutrientes funcionen tanto en la microgravedad de una estación orbital como en la gravedad parcial de la superficie lunar o marciana.

Como señala en un comunicado de prensa Sigfredo Fuentes, coautor del estudio y profesor asociado de la Universidad de Melbourne, "ahora que estamos a punto de convertirnos en una especie multiplanetaria, las plantas están demostrando ser nuestras compañeras incondicionales. Al aprovechar su poder, no solo estamos alcanzando las estrellas, sino que estamos cultivando un futuro sostenible para la humanidad, tanto en la Tierra como en todo el cosmos".

La misión Artemis III

El documento no se limita a la teoría, sino que propone ambiciosos objetivos para la astrobotánica en misiones reales. Todas las miradas están puestas en la misión Artemis III de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para 2027 si no surgen nuevos retrasos. El esperado regreso del ser humano a la superficie lunar llevará consigo, entre otros, el experimento Efectos Lunares en la Flora Agrícola (LEAF, por sus siglas en inglés).

Este proyecto será el primer intento de cultivar plantas directamente en la superficie de la Luna y sus resultados serán cruciales para validar los modelos teóricos presentados en el estudio. Entre otras cosas, se evaluará cómo la radiación lunar y la baja gravedad afectan a la germinación y al crecimiento de las plantas a nivel molecular, proporcionando la información necesaria para escalar estos sistemas de cara al establecimiento de bases permanentes.

La prioridad era seleccionar las especies vegetales capaces de ofrecer los mejores datos. El componente científico central recae sobre la Arabidopsis thaliana, una planta herbácea de la misma familia que la coliflor y la mostaza, que actuará como organismo modelo gracias a que su genoma está completamente secuenciado.

Su función no es alimentaria, sino analítica: permitirá a los investigadores mapear con exactitud los cambios moleculares y la activación genética provocada por el estrés del entorno lunar. De forma paralela, el nabo silvestre (Brassica rapa) pondrá a prueba la capacidad de producción de alimentos frescos a gran velocidad.

Esta variedad ha sido modificada para completar su ciclo de vida en apenas 14 días, un factor decisivo para demostrar si las plantas vasculares pueden desarrollarse y orientar sus raíces correctamente sin la referencia de una gravedad fuerte.

La eficiencia logística y nutricional estará representada por la Wolffia o lenteja de agua, la planta más pequeña del mundo. Al ser una especie acuática que carece de raíces, elimina la necesidad de transportar sustratos pesados, lo cual reduce drásticamente los costes de lanzamiento. Este superalimento es comestible en su totalidad, rico en proteínas y posee una tasa de crecimiento capaz de duplicar su biomasa cada 24 horas.

Ejemplares de estas tres especies vegetales viajarán protegidas en una cámara de crecimiento hermética y autónoma, para comprobar hasta qué punto pueden cumplir con su rol específico en la hoja de ruta de la colonización espacial.

"Después de una semana, 500 gramos de muestras vegetales volverán a la Tierra para su análisis", explica Sigfredo Fuentes. En concreto, su grupo de investigación Plants for Space se centrará "en la expresión génica y los efectos de la menor gravedad y la mayor radiación cósmica como factores de estrés".

Más allá de cubrir las necesidades de alimentación y oxígeno de los astronautas, su trabajo también hace hincapié en el impacto psicológico de las plantas en entornos de aislamiento extremo. La presencia de vegetación viva y la posibilidad de consumir alimentos frescos, con texturas y sabores naturales, son factores determinantes para mantener la salud mental de la tripulación en misiones de larga duración.

Los alimentos preenvasados actuales pierden nutrientes con el tiempo. Por contra, los huertos espaciales pueden garantizar el acceso a vitaminas y antioxidantes esenciales que no pueden almacenarse durante los años que duraría una misión a Marte, por ejemplo.

Repercusiones en la Tierra

Uno de los puntos más relevantes del estudio es la aplicación de estas tecnologías y técnicas de cultivo en la Tierra. Los desafíos que presentan los hábitats espaciales, como la escasez de agua, la limitación de espacio o la ausencia de suelo fértil, son similares a los problemas que enfrentamos en nuestro planeta debido al cambio climático y la desertificación.

Las soluciones desarrolladas para cultivar lechugas en el espacio, como la iluminación espectral ajustable o los sistemas hidropónicos ultraeficientes, pueden tener una aplicación directa en la agricultura terrestre. De hecho, Dyson ya está aplicando algunas de estas tecnologías en su invernadero de fresas en Carrington (Reino Unido), multiplicando por 2,5 el rendimiento de los cultivos.

"Las innovaciones que mantendrán vivos a los astronautas en la Luna, como la agricultura de ciclo cerrado, el reciclaje y la eficiencia de los recursos, son las mismas tecnologías que transformarán la forma en que cultivamos alimentos y medicinas bajo demanda en cualquier lugar de la Tierra", señalan los autores del estudio.

Este enfoque asegura que las inversiones en la exploración espacial no son un gasto superfluo o prescindible, sino un motor de innovación para la sostenibilidad global, que en este caso permitirá cultivar alimentos en zonas áridas, ciudades densamente pobladas o entornos remotos con un consumo mínimo de recursos.