En los comienzos de la era espacial, los astronautas de Apolo participaron en un plan visionario: traer a la Tierra muestras del material de la superficie lunar, conocido como regolito, para estudiarlo con equipos de última generación y guardarlo para futuras investigaciones aún no imaginadas.

Cincuenta años después, en los albores de la era Artemis y del próximo regreso de astronautas a la Luna, tres de esas muestras se han utilizado para cultivar plantas con éxito. Por primera vez, los investigadores han hecho crecer la resistente y bien estudiada Arabidopsis thaliana en regolito lunar, pobre en nutrientes.

"Esta investigación es fundamental para los objetivos de exploración humana a largo plazo de la NASA, ya que tendremos que utilizar los recursos encontrados en la Luna y Marte para desarrollar fuentes de alimentos para los futuros astronautas que vivan y operen en el espacio profundo", dijo el administrador de la NASA, Bill Nelson.

"Esta investigación fundamental sobre el crecimiento de las plantas es también un ejemplo clave de cómo la NASA está trabajando para lograr innovaciones agrícolas que podrían ayudarnos a entender cómo las plantas podrían superar las condiciones de estrés en zonas con escasez de alimentos aquí en la Tierra".

Científicos de la Universidad de Florida han hecho un descubrimiento decisivo -en gestación desde hace décadas- que podría permitir la exploración espacial y beneficiar a la humanidad. "Aquí estamos, 50 años después, completando experimentos que se iniciaron en los laboratorios [de la era] Apolo", dijo Robert Ferl, profesor del departamento de Ciencias Hortícolas de la Universidad de Florida, en Gainesville, y autor para la correspondencia de un artículo publicado el 12 de mayo de 2022 en Communications Biology. "Primero nos preguntamos si las plantas pueden crecer en el regolito. Y segundo, cómo podría eso ayudar algún día a los humanos a tener una estancia prolongada en la Luna".

La respuesta a la primera pregunta es un sí rotundo. Las plantas pueden crecer en el regolito lunar. No son tan robustas como las plantas cultivadas en suelo terrestre, o incluso como las del grupo de control cultivadas en un simulante lunar hecho de ceniza volcánica, pero sí crecen. Y al estudiar cómo responden las plantas en las muestras lunares, el equipo espera responder también a la segunda pregunta, allanando el camino para que los futuros astronautas puedan algún día cultivar plantas más ricas en nutrientes en la Luna y prosperar en el espacio profundo.

Para ir con audacia, debemos cultivar con audacia

"Para explorar más y aprender sobre el sistema solar en el que vivimos, tenemos que aprovechar lo que hay en la Luna, para no tener que llevárnoslo todo", dice Jacob Bleacher, el científico jefe de exploración que apoya el programa Artemis de la NASA en la sede de la NASA en Washington. Bleacher señala que esta es también la razón por la cual la NASA enviará misiones robóticas al polo sur de la Luna, donde se cree que puede haber agua que pueda ser utilizada por los futuros astronautas. "Además, el cultivo de plantas es el tipo de cosas que estudiaremos cuando vayamos. Así que estos estudios en tierra marcan el camino para ampliar esa investigación por parte de los próximos humanos en la Luna".

La Arabidopsis thaliana, originaria de Eurasia y África, está relacionada con las hojas de mostaza y otras verduras crucíferas como el brócoli, la coliflor y las coles de Bruselas. También desempeña un papel clave para la comunidad científica: debido a su pequeño tamaño y a su facilidad de crecimiento, es una de las plantas más estudiadas del mundo, utilizada como organismo modelo para la investigación en todas las áreas de la biología vegetal. Como tal, los científicos ya saben cómo son sus genes, cómo se comporta en diferentes circunstancias, incluso cómo crece en el espacio.

Trabajar con muestras del tamaño de una cucharita

Para cultivar la Arabidopsis, el equipo utilizó muestras recogidas en las misiones Apolo 11, 12 y 17, con solo un gramo de regolito asignado a cada planta. El equipo añadió agua y luego semillas a las muestras. A continuación, colocaron las bandejas en cajas de terrarios en una sala limpia. Añadieron una solución nutritiva diariamente.

"A los dos días, ¡empezaron a brotar!", dijo Anna-Lisa Paul, que también es profesora de Ciencias Hortícolas en la Universidad de Florida, y la autora principal de la investigación. "Todo brotó. No puedo describir lo asombrados que estábamos. Todas las plantas (tanto las de la muestra lunar como las de control) tuvieron el mismo aspecto hasta el sexto día, aproximadamente".

Sin embargo, después del sexto día, estaba claro que las plantas no eran tan robustas como las del grupo de control que crecían en ceniza volcánica, y las plantas crecían de forma diferente según el tipo de muestra en la que se encontraban. Las plantas crecían más lentamente y tenían las raíces atrofiadas; además, algunas tenían las hojas atrofiadas y lucían una pigmentación rojiza.

Al cabo de 20 días, justo antes de que las plantas empezaran a florecer, el equipo cosechó las plantas, las trituró y estudió el ARN. En un sistema biológico, los genes se descodifican en varios pasos. Primero, los genes, o el ADN, se transcriben en ARN. A continuación, el ARN se traduce en una secuencia de proteínas. Estas proteínas son las responsables de llevar a cabo muchos de los procesos biológicos de un organismo vivo. La secuenciación del ARN reveló los patrones de los genes que se expresaban, lo que demostró que las plantas estaban efectivamente bajo estrés y habían reaccionado de la misma manera que los investigadores han visto que la Arabidopsis responde al crecimiento en otros entornos difíciles, como cuando el suelo tiene demasiada sal o metales pesados.

Además, las plantas reaccionaron de forma diferente según la muestra -recogida en distintas zonas de la Luna- que se usó. Las plantas cultivadas en las muestras de Apolo 11 no eran tan robustas como las de los otros dos conjuntos. No obstante, las plantas crecieron.

Sembrando las semillas para futuras investigaciones

Esta investigación abre la puerta no solo a que algún día se puedan cultivar plantas en hábitats de la Luna, sino a una amplia gama de preguntas adicionales. ¿Puede la comprensión de los genes que las plantas necesitan para adaptarse al crecimiento en el regolito ayudarnos a entender cómo reducir la naturaleza estresante del suelo lunar? ¿Son los materiales de diferentes zonas de la Luna más propicios para el cultivo de plantas que otros? ¿Podría el estudio del regolito lunar ayudarnos a comprender mejor el regolito de Marte y, potencialmente, a cultivar plantas en ese material también? Todas estas son preguntas que el equipo espera estudiar a continuación para apoyar a los futuros astronautas que viajen a la Luna.

"No solo es gratificante para nosotros tener plantas a nuestro alrededor, especialmente cuando nos aventuramos a nuevos destinos en el espacio, sino que podrían proporcionar nutrición suplementaria a nuestra dieta y permitir la futura exploración humana", dijo Sharmila Bhattacharya, científica del programa de la División de Ciencias Biológicas y Físicas (BPS, por sus siglas en inglés) de la NASA. "Las plantas son las que nos permiten ser exploradores".

Esta investigación forma parte del programa Nueva Generación de Análisis de Muestras de Apolo (ANGSA, por sus siglas en inglés), un esfuerzo por estudiar las muestras devueltas por el programa Apolo antes de las próximas misiones Artemis al polo sur de la Luna. BPS ayudó a respaldar este trabajo, que también apoya otras investigaciones fundamentales sobre plantas, como Veggie, PONDS y Advanced Plant Habitat.

Acerca de BPS

La División de Ciencias Biológicas y Físicas de la NASA es pionera en descubrimientos científicos y permite la exploración utilizando los entornos espaciales para realizar investigaciones que no son posibles en la Tierra. El estudio de los fenómenos biológicos y físicos en condiciones extremas permite a los investigadores lograr avances en los conocimientos científicos fundamentales necesarios para llegar más lejos y permanecer más tiempo en el espacio, al tiempo que se beneficia la vida en la Tierra.