La biotecnología espacial se define como la utilización de organismos vivos para poder producir alimentos para los seres humanos en el espacio. En el presente artículo hablaremos a profundidad acerca de esta actividad y los avances que ha tenido durante los últimos años.
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¿Qué es la biotecnología espacial?
En líneas generales, la biotecnología espacial puede ser definida como el uso de organismos vivos para crear un sustento alimenticio en el espacio para los seres humanos. Asimismo la biotecnología antes de ser llevada al espacio tiene una larga historia en la fabricación de vino, el pan, el queso y el yogurt.
Cuando se hizo el descubrimiento de que el jugo de uva fermentado puede convertirse en vino, que la leche con una serie de procesos se puede hacer queso y yogurt, o que se puede hacer cerveza fermentando soluciones de malta y lúpulo, este fue el inicio para la biotecnología que luego sería llevada al espacio.
A pesar de que para ese momento las personas no entendían del todo como era que estos procesos funcionaban, esto no era un impedimento para sacar su beneficio. Todas estas aplicaciones en conjunto forman lo que hoy en día se conoce como biotecnología tradicional, la cual se fundamenta en la obtención y utilización de los productos de ciertos microorganismos.
En la actualidad, los científicos comprenden en su totalidad el como funcionan estos procesos biológicos, gracias a esta comprensión es que se ha podido modificarlos o copiarlos para obtener mejores productos. Por otro lado, los microrganismos también pueden emplearse para elaborar compuestos químicos claves para la industria (aminoácidos, ácidos orgánicos, alcoholes) y enzimas que tienden a ser utilizadas eficientemente en diversos procesos, como la fabricación de detergentes, papel y medicamentos.
En un mismo sentido, la biotecnología moderna tuvo sus inicios en los años 80, trabajando con técnicas a las que se les conoce como “ingeniería genética”, para modificar y transferir genes de un organismo a otro. Por medio de este proceso es posible realizar la producción de insulina humana en bacterias y, a la larga mejorar el tratamiento para la diabetes. A través de la ingeniería genética también se fabrica la quimosina, una enzima importante para la fabricación del queso y que evita el empleo del cuajo en este proceso.
En una misma línea de ideas, la biotecnología hoy en día es vital para la producción de los cultivos vegetales. Con esto nos referimos a que cabe la posibilidad de transferir un gen de una bacteria a una planta, tal como ocurre con el maíz transgénicos resistente a insectos, maíz Bt. En esta circunstancia, los bacilos del suelo desarrollan una proteína que mata a las larvas de un insecto que por lo general ataca al maíz. Luego de que transfiere dicho gen correspondiente a esta proteína, el maíz puede fabricar esta proteína y así no se ve afectado por la plaga.
¿Para qué sirve?
Como bien se ha mencionado anteriormente, la biotecnología es una rama que permite la fabricación de productos a partir de otros organismos vivos, por lo que la misma tiene un amplio rango de uso, en especial cuando se habla de llevarla al espacio.
Como bien se sabe, el espacio no posee las condiciones necesarias para producir un sustento alimenticio adecuado para los seres humanos, es por este motivo que la biotecnología espacial tiene tanta relevancia, ya que es un paso fundamental para empezar a hablar sobre habitar otros planetas.
Cultivo de alimentos
A partir del descubrimiento de la presencia de agua en un planeta que orbita a una estrella de distancia del nuestro es sin lugar a duda una noticia de mucha importancia, puesto que es la primera vez que los científicos catalogan a otro planeta como un lugar habitable para la raza humana. Los investigadores de este estudio concuerdan que este planeta posee la características similares al nuestro, por lo que la vida en él es una opción, no obstante, otros alegan que no es así. A pesar del debate acerca si se puede generar vida en ese planeta lo cierto es que ha abierto de nuevo el tema de la colonización espacial.
Los Estados Unidos tienen la intención de enviar humanos de nuevo a la Luna en el año 2024. Posteriormente sigue la misión más grande, el enviar hombres al planeta Marte, mientras que SpaceX también está interesado en la colonización de Marte. Gene Cernan y Jack Schmitt durante la misión en el Apolo 17, fueron los últimos humanos en caminar sobre la superficie de la Luna.
Luego de haber transcurrido 35 años, los viajes espaciales vuelven a resonar. Sin embargo, a pesar de todas las ambiciones, la realidad es que el viaje espacial posee grandes limitaciones en comparación con el envío de sondas o aterrizadores sin humanos al espacio. En este sentido, los humanos no pueden ir más allá de la Tierra, por el momento.
De esta manera, tal parece que el poder ir a este planeta será un sueño aún imposible. Aunque se realizaran modificaciones a las naves espaciales los seres humanos tardarían millones de años en llegar a su destino. En este sentido, un modelo postula que un viaje espacial necesitaría una multigeneración de 6.300 años para llegar a un exoplaneta similar a la Tierra con un mínimo de 98 tripulantes a bordo.
Bajo la suposición de que los astronautas puedan cultivar alimentos al llegar al exoplaneta similar a la Tierra, la pregunta que todos deben hacer es ¿Qué tipo de alimento comerán durante todos estos años viajando? En promedio, los equipos de ISS requieren 3.000 kcal, o 1,8 kg de alimentos por día, mientras que en el planeta se requieren de al menos 2.000 y 2.500 kcal por día.
Resulta imposible el poder llevar durante los viajes espaciales comida. Miles de años de viaje parece un número exagerado para este momento, pero inclusive un simple viaje de estos puede llevar décadas, la comida, el oxígeno y el agua limitan nuestra capacidad de ir al espacio profundo.
Es en este punto donde la biotecnología espacial entra en escena, dado que el empezar a cultivar en el espacio garantiza una entra de alimentos y oxígeno mientras absorben dióxido de carbono. Igualmente, las plantas pueden purificar el agua de la transpiración, y algunas naves espaciales a bordo proporcionarán a los miembros de la tripulación beneficios psicológicos positivos. A partir de la biotecnología espacial el ser humano podrá llegar más lejos en el espacio.
Por este motivo, si se planea el habitar otros planetas a largo plazo, lo importante aquí es el poder cultivar alimentos de manera eficiente fuera del ambiente seguro de la Tierra. En este sentido, únicamente las plantas que crezcan en duras condiciones terrestres pueden ser seleccionadas para crecer en el espacio interestelar.
A principios del año 2019 surgió una gran revuelo cuando una semilla de algodón germinó en la Luna, a bordo del módulo de aterrizaje lunar de China. Sin embargo. al poco tiempo la planta terminó muriendo, dado que no fue capaz de soportar las noches heladas de la luna que llegaban a los 170 grados centígrados. Estos cambios drásticos en la temperatura son uno de de tantos desafíos que se enfrentan los astronautas que pretender llevar la biotecnología al espacio.
De esta manera, el viajar al espacio no solo amerita el cambio en las naves espaciales y en las cámaras de crecimiento de plantas, sino que también se requiere variedades de plantas. Es necesario una serie de plantas que puedan dar mayor cantidad de alimentos con menos nutrientes, así como plantas que puedan desarrollarse tanto con calor como con frío, plantas que puedan soportar la sequía que requieran menos agua, plantas radio-resistentes que se desarrollen en medio de la alta radiación del espacio y por último, se necesitan plantas que crezcan en la micro gravedad.
La creación de estas plantas por medio de la biotecnología espacia para que puedan soportar las condiciones difíciles no será fácil, en consecuencia se debe explorar cualquier tipo de tecnología disponible para hacerlo. Sobre todo se debe tomar en cuenta el uso de las herramientas de ingeniería genética en el fitomejoramiento.
Muchas personas se podrían preguntar ¿Por qué no se puede mejorar su funcionamiento a través de técnicas convencionales? Esto es un hecho posible pero muy tardío, es decir, tomarían décadas el poder crear una planta modificada genéticamente por estos métodos. Y aunque se pudiera, dicho proceso depende más del azar que de la habilidad, en otras palabras, el mejoramiento de plastas por los medios tradicionales no puede alterar a precisión los genes para lograr características deseables.
A diferencia del tratamiento convencional, la modificación por biotecnología incluyendo la edición de genes, permiten una ingeniería precisa y eficiente del código genético. Adicional a esto, resulta más económico, más rápido y más respetuoso con el medio ambiente que el mejoramiento convencional y al contrario de algunas críticas, el consumo de alimentos genéticamente modificados es seguro para los seres humanos.
Asimismo, el cultivo de alimentos en el espacio se ha llevado a cabo desde 1980, por lo que no es extraño el cultivo de plantas fuera del planeta Tierra. Por otro lado, en los viajes largos es preciso que los astronautas cultiven alimentos que posean un alto contenido calórico. Es por esta razón que las grandes empresas están diseñando cámaras de crecimiento para cultivar plantas grandes.
Las mismas tienen las condiciones adecuadas para poder cultivar frutas y verduras en el espacio. Es posible además el aislar las plantas contra la mayoría de los extremos del espacio exterior, incluida la iluminación, la temperatura, la humedad y el dióxido de carbono. No obstante, el poder controlar la radiación y la gravedad sigue siendo un desafío. En consecuencia, las plantas que crecen en el espacio no tienen el mismo desarrollo que cuando están en la Tierra y esto parece que se debe a la presencia de la micro gravedad y a la alta radiación.
Las plantas en su organismo poseen células que son sensibles a la gravedad, que actúan como radares, lo que les permite sentir las direcciones. Por este motivo la raíz de la misma crece con la gravedad, y el brote crece en contra de ella, un fenómeno conocido como gravitropismo. La hormona vegetal auxina es la responsable de mediar la hormona de crecimiento de la planta a la gravedad.
La auxina, también juega un papel importante en el desarrollo de las plantas en cada etapa del crecimiento desde el nacimiento hasta la muerte. La misma se encuentra ubicada en posiciones clave dentro de las plantas para poder funcionar durante el crecimiento, por lo que puede dictar una variedad de procesos de desarrollo de plantas.
Los estudios demuestran que la micro gravedad del espacio afecta a la auxina dentro de las plantas, lo que afecta negativamente el crecimiento de las plantas. A pesar de ello, también se ha comprobado que las plantas pueden eludir los efectos de la misma cuando se el transporte de auxina dentro de las plantas es de alguna manera completamente funcional.
Durante los viajes largos al espacio, los astronautas deben llevar consigo una buena cantidad de semillas para crecer más tarde, pero el almacenamiento de ellas en el espacio también representa un riesgo. La radiación daña el ADN, y dado que las semillas en sí ya sufren una cantidad de daño a su código genético, esto se amplifica en la alta radiación del espacio, lo que afectaría el crecimiento de las plantas.
Por ejemplo, el experimento escolar “Rocket Science” dio a conocer que las semillas de rúcula almacenadas en la Estación Espacial Internacional crecieron menos que el promedio de las que se encontraban aquí en la Tierra. De esta manera, es necesario el mejoramiento genético de plantas que puedan verse afectadas por la radiación alta, dicha modificación se puede llevar a cabo por medio de la biotecnología para mejores sistemas de reparación de ADN.
Otro factor que representa un problema para el crecimiento de los cultivos espaciales es la escasez de agua. Por medio de la biotecnología se puede cultivar plantas resistentes a la sequía para crecer a bordo. Por ejemplo, en los últimos años los científicos han logrado elaborar plantas que pueden recuperarse luego de haber pasado 11 días sin agua.
Del mismo modo, a través de este campo los investigadores han logrado alterar la fotosíntesis para crear plantas de tabaco con un rendimiento 40% mayor. Hoy en día los científicos se encuentran trabajando en los componentes genéticos para crear maquinaria de fotosíntesis más eficiente en cultivos como la soya y la papa.
Reciclado de agua
Un astronauta durante un viaje consume aproximadamente 3,5 litros de agua al día. Para poder dar a basto a una tripulación conformada por cuatro tripulantes es indispensable que dicha cifra aumente a 18 toneladas de agua al año. No obstante, esto significaría incluir un peso mayor a la nave, combustible además de correr el riesgo de quedar desabastecido si surge algún tipo de contratiempo. D esta manera, el poder recuperar y purificar el agua es la alternativa más viable.
Por medio de la biotecnología espacial, la NASA pudo implantar en una de las naves en el año 2010 un sistema de depuración de agua. El mismo reutiliza las aguas residuales procedentes del lavado de dientes, las manos, el agua que los astronautas pierden al exhalar, sudar y orinar. Por medio de este mismo sistema es posible reciclar aproximadamente un total de 6 toneladas de agua al año.
Para poder desarrollar este sistema de reciclaje de agua los científicos se inspiraron en el mecanismo inventado por el premio Nobel de Química francés Paul Sabatier a principios del siglo XX. Este modelo lo que hace es producir agua y metano a partir de dióxido de carbono (que se da por la respiración) y el hidrógeno (que se obtiene a través del sistema de generación de oxígeno). Una parte de esta agua va destinada para el propio consumo de la tripulación y el resto se emplea para producir el oxígeno.
Como una medida de ahorro, los astronautas en las naves también reutilizan el agua para lavarse el cuerpo que no requiere aclarado y champú seco para el cabello. El pelo se deja secar al aire. El sistema de aire acondicionado es el que se encarga de recolectar el agua evaporada en el proceso y la dirige a la máquina de reciclado de agua que la convierte en agua potable.
Reciclado de oxígeno
Por otro lado, la biotecnología espacial en este caso se puede utilizar de dos manera para poder reciclar el oxigeno: la primera surge por la misma fotosíntesis de las plantas que se cultivan en el espacio y el segundo modo es por medio del agua que se recicla.
El primer modo aun no se ha podido comprobar en su totalidad, puesto que los cultivos en el espacio continúan en una fase de experimentación. Sin embargo, para estos experimentos se emplea la microalga Arthrospira, conocida como espirulina, la cual se introduce en un fotobiorreactor, una especie de cilindro bañado en luz. Los investigadores argumentan que el carbono se transformará por medio de la fotosíntesis en oxígeno y biomasa consumible, como proteínas.
Estas microalgas se analizaran con mayor detenimiento una vez que las mismas regresen al planeta Tierra, dicho análisis tendrá el objetivo de observar como fueron los efectos de la micro gravedad y la radiación en las células de estas plantas.
Igualmente, se sabe que esta planta posee una alta resistencia a la radiación, pero de una misma manera se debe comprobar los daños que se pudo haber sufrido durante su estancia en el espacio exterior. Asimismo, este es el primer proyecto para la exploración del reciclaje de oxígeno por medio de plantas.
En una misma línea de ideas, el mismo sistema que se emplea para poder reciclar agua también cumple una función en la producción de oxígeno. El primer paso está constituido por limpiar el lugar de todo el CO2, amoniaco, acetona, metano y demás gases que el cuerpo humano emite como parte natural de su metabolismo. Una vez terminado este proceso, el oxígeno regresa por medio de la electrólisis del agua no potable procedente de la quema de combustible. El hidrógeno es empleado para la producción de agua y el exceso se lanza al espacio, el cual es el principal elemento para las estrellas.
Reciclado de basura
Ahora que nos detenemos a hablar acerca de la eliminación y reciclado de basura, la misma se hace por el proceso de incineración cósmica. Los recipientes de alimentos que ya no se emplean pasan a ser triturados y se guardan en el carguero vacío que en su momento atracó lleno de provisiones. Estos mismos cargueros son arrojados fuera de la nave para su devolución a la Tierra y se desintegran por el rozamiento con la atmósfera.
Hasta los momentos no existe un medio por la biotecnología espacial que contribuya al reciclaje de basura. El mecanismo que por ahora se utiliza para este proceso es el mismo que el del agua y se espera que para un futuro este sistema sea capaz de reutilizar la basura. El mejoramiento de estos mecanismos son la clave para los largos viajes que los astronautas realicen para ir a los planetas y lunas nunca pisados por el hombre.
Últimos avances en biotecnología espacial
Durante los últimos años la biotecnología espacial ha tenido un gran revuelo desde que se descubrió la presencia de agua en otro planeta además de la Tierra, este hecho ha abierto las puertas a la idea de una colonización. Es por este hecho que la actualización de la la misma ha sido tan importante para los científicos.
En líneas generales, los puntos claves en donde se debe centrar para poder mantener a flote el ideal de una colonización son: alimentación, agua y oxígeno. Como se habrá percatado, durante la última década se han producido una basta cantidad de investigaciones, estudios y experimentos para poder mejorar estos tres puntos, siendo el más importante la producción de alimento.
De una misma manera, la producción de agua y oxigeno se podría decir que se ha resuelto casi en su totalidad a través del sistema ISS que está diseñado para poder convertir el agua reciclada en más agua potable y el resto en oxígeno. No obstante, este último posee más alternativas, sobre todo con el estudio de la fotosíntesis en plantas que se lleva a cabo con la plantación de cultivos.
La producción de cultivos en el espacio es una ardua tarea en donde se ha diversificado su estudio, es decir, con el paso de los años los científicos se han dado a la tarea de buscar las plantas más eficaces para su plantación en el espacio exterior. Esto no ha sido sencillo, puesto que cada una de ellas debe cumplir con ciertas características: una alta concentración de proteínas, resistencia a las variaciones climáticas, tolerancia a los altos niveles de radiación y en especial su crecimiento con la micro gravedad.
Por otro parte, dado que estos campos se encuentran cubiertos casi del todo, ha surgido una nuevo reto para los científicos de la NASA, el cual es la eliminación o el reciclaje de la basura. El tener que limpiar más de 21.000 piezas de basura que hoy en día se encuentran atrapadas en la órbita de la Tierra, es el objetivo del satélite experimental, lanzado a bordo del cohete Falcon9 de SpaceX el pasado 2 de abril.
A 28.200 kilómetros por hora, todo objeto con un tamaño mayor de un centímetro representa una amenaza constante para los satélites, las estaciones espaciales tripuladas y los vehículos de la misión. Es por este motivo que se ha buscado el desarrollo de una nueva herramienta realizada por el Centro Espacial Surrey, de la Universidad de Surrey (Reino Unido), Remove Debris que esta conformada por dos CubeSats, o microsatélites de investigación tiene la labor de atrapar los desechos localizados.
Con sus casi 100 kilos de peso, el satélite se ensamblará dentro de la Estación Espacial Internacional y posteriormente, serán colocados en uno de los brazos de la ISS, según lo han notificado los científicos a cago de este experimento.
Asimismo se planea una segunda alternativa en donde se recogerá la basura especial en un arpón en miniatura, luego la misma será arrojada a un segundo CubeSat para empujarlo fuera de la órbita baja de la Tierra. En palabras de los expertos: “Cuando el arpón lo impacte, en realidad simulara una verdadera nave espacial siendo alcanzada”.
Una vez que esta misión concluya se llevara a cabo un tercer sistema: una vela de arrastre. Para evitar que los residuos se transformen en basura espacial, la plataforma Remove Debris tiene demostrar que posee la capacidad de alejarse de la órbita de la Tierra cuando la misión de prueba finalice. Para empezar esta fase los expertos pretendes el despliegue de una vela enorme desde la parte posterior que recogerá moléculas de aire dispersas procedentes de la parte alta de la atmósfera para que así se cree resistencia y se dirija de nuevo hacia la Tierra.
Ya habiendo completado todas estas fases, el quipo de Remove Debris revisará cuales fueron las partes de la misión que se realizaron con éxito y cuáles necesitan ciertas mejoras. Al no poseer este tipo de biotecnología espacial, los equipos de navegación y monitoreo podrían estar en riesgo.
Ha sido todo por el artículo de hoy, esperamos que la información proporcionada haya sido de gran ayuda. Le hacemos la invitación a leer también: Georges Lemaitre y Edmundo Halley
