Se l'umanità vuole spingere i confini dell'esplorazione spaziale, avremo bisogno di piante per il viaggio. Non solo spinaci o patate, tuttavia, le piante possono fare molto di più che nutrirci.

Un esperimento scientifico volto a dimostrare le capacità delle piante nello spazio è arrivato alla Stazione Spaziale Internazionale ed è pronto per iniziare a trasmettere i dati. L'esperimento, secondo il professore di chimica dell'Università dello Utah e scienziato capo del progetto Ming Hammond, valuterà in tempo reale se le piante progettate per la bioproduzione di proteine ​​specifiche, in un processo chiamato biologia sintetica, può farlo nello spazio. L'esperimento è iniziato il 18 dicembre e durerà fino al 28 dicembre.

"Ci sono molte promesse, potenziale e speriamo di poter utilizzare gli strumenti sviluppati nella biologia sintetica per risolvere i problemi, "Hammond dice, "non solo quello che troveresti nello spazio, ma dove hai un'estrema limitazione delle risorse."

Il coinvolgimento di Hammond in questo esperimento, chiamato Idra-1, iniziato presso l'Università della California, Berkeley, prima del suo recente trasferimento negli Stati Uniti. Lei e la studentessa laureata a Berkeley Rebekah Kitto si sono unite a un "team molto multidisciplinare", Hammond dice, di scienziati e ingegneri che cercano di eseguire esperimenti di biologia sintetica nello spazio.

La biologia sintetica è un campo che ingegnerizza i sistemi biologici. In questo caso, il team sta esaminando le piante come potenziali bio-fabbriche. Ogni organismo produce naturalmente innumerevoli proteine ​​come parte della sua funzione biologica, quindi perché non progettare un impianto per produrre, dire, un farmaco necessario o un polimero che potrebbe essere utile nelle future missioni di esplorazione spaziale a lungo termine?

"Il vantaggio è che puoi portare i semi con te, "Dice Hammond. "Sono molto leggeri. Crescono e guadagnano biomassa usando la CO ₂ che espiriamo. E se quelle piante possono produrre proteine ​​su richiesta, sappiamo che le piante sono in grado di produrre anticorpi antivirali e antitumorali su larga scala".

La biologia sintetica è già stabilita sulla Terra. Ma tradurre la stessa tecnologia in voli spaziali richiede un diverso insieme di considerazioni. Hammond e il suo team hanno incontrato molti di questi vincoli quando hanno adattato il loro esperimento per operare all'interno di un piccolo recinto a forma di cubo, e senza badare all'equipaggio della stazione spaziale. La custodia ha le stesse dimensioni (10 cm di lato) dei piccoli CubeSat economici che stanno diventando sempre più popolari.

Per un esperimento sulla terra, i ricercatori hanno potuto testare campioni di piante mentre crescevano per vedere se stavano producendo la proteina desiderata. Ma questa non è un'opzione nello spazio:nelle prime fasi della pianificazione, il team non sapeva nemmeno se avrebbero ripreso l'esperimento alla fine.

Quindi il team ha deciso di ingegnerizzare le piante per cambiare colore mentre producevano la proteina bersaglio, e monitorare i progressi con una fotocamera. È una soluzione elegante e innovativa, sulla base di un metodo precedentemente pubblicato, ma adattato ai vincoli di un cubo nello spazio.

"Dovevamo prendere qualcosa che funzionasse magnificamente nelle condizioni più attentamente controllate e educative, "Hammond dice, "e farlo funzionare in condizioni molto rigorose, condizioni dure e impegnative senza l'intervento umano nel cubo vegetale." Il cubo vegetale è stato progettato con la visione in avanti di prepararsi per gli studi sulla crescita delle piante sulla Luna, e la missione Hydra-1 è un passo di sviluppo tecnologico verso tale obiettivo.

Il team di collaboratori abbraccia due continenti, con altri partner del NASA Ames Research Center, l'Università Spaziale Internazionale, e l'Università di Strasburgo. Ma come uno dei principali scienziati dell'esperimento, Hammond monitorerà i dati dell'esperimento, e conducendo l'esperimento di controllo Earthbound corrispondente, qui all'Università dello Utah. L'esperimento di controllo farà crescere le stesse piante, progettato per produrre la stessa proteina, ma sono rimasto indietro di un giorno rispetto all'esperimento sulla stazione spaziale, in modo che i ricercatori possano abbinare le condizioni di temperatura di entrambi gli esperimenti.

L'intero esperimento richiederà 10 giorni. "Dopo il quarto o il quinto giorno dovremmo sapere se l'esperimento ha funzionato, "Dice Hammond. "Ci sono così tante variabili di cui non possiamo conoscere le risposte." A gennaio, il cubo tornerà sulla Terra e sarà ulteriormente analizzato a Strasburgo. "Ho in programma questa esperienza per prepararci a fare più esperimenti di chimica nello spazio!" Hammond dice.

Dal lato ingegneristico, l'esperimento Hydra-1 aiuterà a sviluppare un quadro, attraverso una società commerciale denominata ICE-Cubes, commercializzare in futuro esperimenti simili di scienza spaziale basati su cubi.

Ci vuole molto tempo e fatica per mettere le attrezzature nello spazio, e Hammond apprezza le molte ore di lavoro che il team ha dedicato negli ultimi due anni. "Siamo un piccolo ma dedicato gruppo di volontari, "dice. "Nelle ultime due settimane, le persone hanno lavorato senza sosta per sistemare le cose dell'ultimo minuto che sono emerse prima del lancio. Sono davvero orgoglioso dello sforzo che tutti hanno intrapreso per portarci a questo punto".

Hammond e la sua famiglia si sono recati al Kennedy Space Center della NASA per assistere al lancio del suo esperimento il 5 dicembre, che si trovava all'interno di un razzo SpaceX Falcon 9 in una missione di rifornimento alla Stazione Spaziale Internazionale. "Penso che la maggior parte di noi senta il fascino e l'eccitazione suscitati dalla meraviglia di guardare in alto e pensare agli umani che vivono e lavorano nella stazione spaziale, " dice. "È stata un'opportunità straordinaria per condividere il lancio con mio figlio di 6 anni e altri membri della famiglia. Di tutte le cose che ho fatto nella scienza questa, per loro, è quello che probabilmente ispira più interesse e stupore."