Il mese scorso un razzo ha tuonato da una piattaforma di lancio della NASA in Virginia, destinato alla Stazione Spaziale Internazionale. Immerso tra i 7, 400 libbre. di forniture era una manciata di semi progettati per aprire nuove finestre nella nostra conoscenza di come le piante crescono nello spazio - informazioni che potrebbero portare alla coltivazione di cibo fresco nello spazio per le persone a bordo della stazione spaziale o alla produzione di biocarburante sul nostro pianeta.

I semi del designer sono stati creati nel laboratorio di Norman Lewis, uno scienziato della Washington State University che ha guidato lo sforzo di molti anni per portare i semi nello spazio. Gli sforzi di Lewis alla fine sono stati ripagati quando una navicella spaziale è decollata dalla struttura di volo Wallops della NASA nelle prime ore del 21 maggio. È il primissimo esperimento condotto nell'habitat vegetale avanzato della NASA - la camera di crescita ambientale più avanzata mai nello spazio - sull'International Stazione Spaziale.

I semi cresceranno nella pianta Arabidopsis, più comunemente noto come crescione di Thale. L'esperimento mette l'erba comune, che si trova spesso lungo il bordo della strada o nelle fessure del marciapiede, esattamente in prima linea nella colonizzazione spaziale. Perché se le persone devono intraprendere una missione di anni su Marte, avranno bisogno di coltivare cibo fresco lungo la strada. Fare quello, dobbiamo capire come crescono le piante nello spazio.

Lewis sta lavorando con i ricercatori dell'EMSL, il Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali, una struttura per gli utenti dell'Ufficio della scienza del Dipartimento dell'energia presso il Pacific Northwest National Laboratory. La scienziata dell'EMSL Mary Lipton condurrà l'analisi di migliaia di proteine ​​delle piante per capire come le piante cresciute nello spazio si confrontano con le controparti cresciute in condizioni identiche - tranne per la forza di gravità - al Kennedy Space Center di Cape Canaveral, Fla.

Il progetto ha più di 180 sensori addestrati sugli impianti, effettuare misurazioni dettagliate della temperatura, illuminazione, ossigeno, diossido di carbonio, umidità e altre variabili mentre la stazione spaziale sfreccia più di 17, 000 miglia all'ora intorno alla Terra, 254 miglia sopra le nostre teste.

La gravità terrestre è ancora formidabile a quell'altitudine, quindi non è corretto chiamare l'ambiente "gravità zero". Le piante saranno in continuo stato di caduta libera, un ambiente che gli scienziati chiamano "microgravità".

È la prima volta che le piante verranno coltivate nello spazio in condizioni controllate con precisione, e rispetto a controparti identiche cresciute in condizioni altrettanto precise. Sulla stazione spaziale, verrà raccolto un giro di dati ogni cinque secondi, e tre fotocamere scatteranno due foto al giorno per monitorare la crescita.

Al centro dell'esperimento ci sono sei tipi di Arabidopsis:un tipo selvatico, uno con un meccanismo di cattura del carbonio potenziato e quattro con sintesi della lignina compromessa.

Il focus è sulla lignina, la dura sostanza della parete vegetale che consente alle piante di sfidare la gravità e crescere in posizione verticale. Gli scienziati studieranno come le piante rispondono alle condizioni di assenza di peso della stazione spaziale. Ad esempio, le piante cresceranno ancora "in su" anche in un ambiente di microgravità?

La lignina serve bene le piante in tanti modi. Rende le piante difficili da mangiare, proteggendoli dagli erbivori. Protegge il sistema che trasporta i nutrienti e l'acqua in tutta la pianta. E permette loro di sfidare la gravità e crescere verso l'alto invece di essere blob amorfi legati al terreno.

Ma il materiale, un muro letterale all'interno di una pianta, è anche un ostacolo per i ricercatori dell'EMSL e altrove che cercano di creare nuovi biocarburanti a base vegetale. La lignina rende le piante resistenti alla manipolazione chimica, alla trasformazione in biocarburanti di origine vegetale. Da qui l'interesse nell'esplorare il comportamento delle piante carenti di lignina per le piante terrestri, vita quotidiana.

"Le piante fortemente ridotte in lignina possono ancora vivere e crescere, ma non sono abbastanza forti da prosperare nella maggior parte delle condizioni. Non possono davvero stare in piedi da soli:è come avere meno ossa nel tuo corpo per mantenerti strutturalmente intatto. Ma in condizioni di microgravità, le piante potrebbero andare bene con meno lignina, " ha detto Lewis, un professore di Regents presso l'Istituto di chimica biologica della WSU.

Le piante vitali con meno lignina offrono molte cose. Sulla terra, meno lignina si traduce in metodi più semplici per estrarre energia utile dalla pianta. Nello spazio, se l'energia della pianta può essere diretta lontano dalla creazione di lignina amorfa, forse più della pianta potrebbe essere mangiata:più cibo per gli astronauti in missioni a lungo raggio e forse più ossigeno prodotto per respirare gli astronauti. Ciò renderebbe anche le piante coltivate nello spazio più facili da riciclare.

Mentre gli scienziati hanno coltivato cose nello spazio per 30 anni:lattuga, cavolo, patate, girasoli, piselli – le piante create dal laboratorio di Lewis sono le piante più sofisticate che abbiano mai fatto un giro sulla stazione spaziale.

Quelle piante facevano parte di recenti studi nel laboratorio Lewis che includevano lo scienziato EMSL Kim Hixson, che ha conseguito il dottorato di ricerca nel laboratorio di Lewis proprio il mese scorso. Là, Lewis è a capo di una squadra con una straordinaria conoscenza della lignina, quali molecole controllano i suoi schemi di deposizione e cosa succede quando i geni o le proteine ​​chiave vengono eliminati. Come studente laureato in laboratorio, Hixson ha studiato forme di molecole note come disidratatasi, che svolgono gran parte della magia molecolare coinvolta nella regolazione della lignina nelle piante.

"Sulla terra, le piante hanno bisogno di lignina; dà alle piante la rigidità per resistere alla gravità. Ma cosa succede in una situazione di microgravità? Questo è ciò che stiamo esplorando, " ha detto Hixson.

Hixson e colleghi della WSU hanno trovato indicazioni che un cambiamento nei livelli di lignina influisce su ciò che è noto come "fosfoproteoma, " il sottoinsieme di proteine ​​che vengono attivate o disattivate attivamente in determinate condizioni.

Mentre Lewis è un veterano agricoltore spaziale, avendo coltivato l'abete Douglas, grano e altre piante sulle navette spaziali quando erano in uso, le risorse odierne all'EMSL e altrove offrono di dargli uno sguardo più approfondito che mai su ciò che accade all'interno degli impianti.

Lui e Lipton hanno una collaborazione di lunga data, e Lewis si è affidato alle risorse dell'EMSL per svolgere alcuni dei primi lavori che hanno posto le basi per l'esperimento in corso. Lipton, che ha un appuntamento congiunto presso la WSU, fa parte del consorzio Lewis, finanziato dalla NASA, messo insieme diversi anni fa per portare avanti la ricerca. Il progetto include anche scienziati dell'Università del New Mexico, il Consorzio del Nuovo Messico e il Laboratorio Nazionale di Los Alamos.

La scienza sul campo raggiungerà un picco febbrile alla fine di questo autunno, dopo che le piante nella serra spaziale sono state raccolte e hanno preso un volo di ritorno sulla Terra. Le erbacce dallo spazio verranno affettate e tagliate a cubetti e trasportate in più laboratori, compreso EMSL, dove contribuiranno a preparare il terreno per il nostro futuro, su questo pianeta e altrove.