Gli astronauti della Stazione Spaziale Internazionale trascorrono più tempo lontano dalla Terra, ma hanno ancora bisogno della loro porzione quotidiana di verdure. Nel tentativo di trovare un modo praticabile per l'equipaggio di coltivare le proprie verdure in orbita, e forse un giorno sulla luna o su Marte, i ricercatori degli studenti stanno inviando nello spazio semi di broccoli ricoperti di una buona dose di probiotici.

Sei semi di broccoli erano a bordo della navicella spaziale Orbital ATK Cygnus lanciata questa settimana dall'isola di Wallops, Virginia, come parte di una missione di rifornimento del carico della stazione spaziale. Tre dei semi stanno viaggiando nello spazio così com'è, mentre gli altri tre erano ricoperti da due diverse specie di batteri, sviluppato presso l'Università di Washington, che possono vivere all'interno delle piante coltivate e migliorarne la crescita. Questi microbi "benefici", detti anche endofiti, può anche aiutare le piante a crescere meglio in ambienti a bassa gravità estrema, e dove potrebbero mancare nutrienti o acqua.

L'obiettivo dell'esperimento, condotto da studenti della Valley Christian High School di San Jose, California, consiste nell'imparare a coltivare gli ortaggi nell'impegnativo, condizioni di microgravità della stazione spaziale - e infine sulla luna e su Marte - mentre l'esplorazione umana dello spazio si espande. Sviluppato da un team di 11 studenti, i primi esperimenti a terra hanno avuto successo, poiché i broccoli crescevano più velocemente e significativamente più grandi rispetto allo studio di controllo.

"Sarebbe l'ideale se potessimo coltivare colture per gli astronauti presso la stazione spaziale o che sono basati sulla luna o su Marte senza bisogno di spedire terriccio o fertilizzante, "ha detto Sharon Doty, un professore UW presso la School of Environmental and Forest Sciences e un microbiologo vegetale che ha isolato e caratterizzato i microbi utilizzati in questo esperimento. "Vorremmo essere in grado di far crescere le piante in ciò che è disponibile con un input minimo".

Gli studenti partecipano al programma "Quest for Space" del Quest Institute for Quality Education e sono guidati da David Bubenheim della Biospheric Science Branch del NASA-Ames Research Center e da John Freeman di Intrinsyx Technologies. L'esperimento è stato preparato in un laboratorio di volo situato presso il NASA-Ames Research Center in California.

Freeman ha testato molte piante a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, e ha anche usato questi stessi microbi per migliorare la crescita di piante coltivate come pomodori, lattuga, semi di soia, Grano, mais e broccoli. Freeman ha scoperto che le piante prosperano, anche quando viene data meno acqua e nutrienti essenziali come azoto e fosforo.

Il suo lavoro conferma anche uno studio del 2016 in cui Doty e coautori hanno scoperto che le piante possono tollerare meglio la siccità e altri fattori di stress ambientale con l'aiuto di microbi naturali che forniscono nutrienti ai loro partner vegetali.

Questi specifici endofiti e piante di broccoli sono stati scelti per l'esperimento di volo spaziale perché si sono comportati bene insieme nei test in serra in condizioni di crescita simili a quelle di Marte, dove l'azoto e il fosforo sono limitati, ha detto Freeman.

Mentre a bordo della Stazione Spaziale Internazionale sono stati condotti numerosi esperimenti di coltivazione di ortaggi, questo è il primo che studia i microbi naturali per aiutare possibilmente le piante a crescere sotto i limiti dei nutrienti e in condizioni di microgravità, Egli ha detto.

"Nello spazio, le piante sono molto stressate e non crescono né si riproducono bene, " ha spiegato Freeman. "Vogliamo che le piante crescano meglio. Stiamo provando i broccoli perché sono considerati una fonte di cibo anti-cancerogeno che è un buon candidato dietetico per gli esploratori dello spazio profondo".

I microbi vengono prima incapsulati all'interno di un rivestimento che ricopre i semi di broccoli, che protegge i semi dalla disidratazione e consente una conservazione a secco sicura prima che i semi vengano idratati e cresciuti in orbita. Quando i semi di broccoli ricoperti di endofiti raggiungono la stazione spaziale, saranno idratati in una piccola camera di crescita delle piante che fornisce luce costante per promuovere la fotosintesi. Le telecamere scatteranno immagini delle piantine a intervalli regolari, che aiuterà i ricercatori delle scuole superiori e i loro mentori a monitorare la crescita complessiva delle piantine.

Dopo che le piante sono tornate dallo spazio, gli studenti misureranno la loro crescita e il contenuto di clorofilla e confronteranno i broccoli inoculati con quelli coltivati ​​senza microbi.

Separatamente, Doty e il suo team riceveranno campioni di piante per indagare su come le due specie di microbi hanno colonizzato i broccoli nello spazio, e se fossero efficaci come quando sono cresciuti sulla Terra.

"Vogliamo sapere se i microbi trovano ancora la loro strada all'interno della pianta anche in condizioni di microgravità, e se uno qualsiasi dei segnali dell'impianto richiesti è terrestre, " Doty ha detto. "Dobbiamo testare se funzionano ancora nel modo in cui ci aspetteremmo quando cresciamo in un ambiente diverso come la microgravità".

Doty e il suo team UW hanno isolato i microbi utilizzati in questo esperimento più di dieci anni fa da piante di salice selvatico che crescevano su terreni carenti di nutrienti tra le rocce e la sabbia lungo il fiume Snoqualmie. Le piante avevano già selezionato i migliori microbi per aiutarle a crescere in condizioni difficili, così i ricercatori hanno attinto a questi ceppi microbici chiave e li hanno usati per aiutare le piante a coltivare, erbe e alberi crescono in ambienti difficili.

Questi microbi possono giovare a piante di ogni tipo, aiutandoli a convertire l'azoto dall'aria in nutrienti essenziali per la pianta e a ridurre la necessità di fertilizzanti sintetici, nel caso di piante coltivate come i broccoli.

In progetti separati, Doty e il suo laboratorio, insieme a Bubenheim e Freeman, stanno iniziando a testare se le piante a cui vengono dati microbi naturali di salice e pioppo possono crescere nelle condizioni che esistono sulla luna e su Marte. Usano il simulante di regolite, materiale roccioso macinato senza materia organica, che imita le condizioni extraterrestri in entrambe le località per vedere se i microbi possono aiutare le piante a crescere in condizioni altrimenti difficili. Il lavoro fa anche parte del Programma UW Astrobiology, che è stato il primo programma universitario del suo genere quando è stato lanciato 20 anni fa.

"Questo è il primo passo in quello che spero diventi un programma di ricerca davvero a lungo termine per sviluppare l'abitazione su Marte e sulla luna in un modo molto efficiente usando la simbiosi naturale invece di cercare di portare fertilizzanti chimici in quegli ambienti, " Disse Doty.