Las algas espaciales inteligentes podrían ser la clave para llevar humanos a Marte

Si pasa años en una nave espacial, no puede traer todo lo que necesita, tendrá que cultivarlo usted mismo. Ahí es donde las algas son útiles

Tomemos un momento para pensar en las algas. Las delgadas cosas verdes que se acumulan en la superficie de los lagos son el héroe ilimitado de la Tierra, responsable de producir al menos la mitad del oxígeno que respiramos hoy.

Uno de los mayores desafíos en la preparación para los vuelos espaciales tripulados a largo plazo es encontrar una manera de proporcionar los elementos esenciales para la supervivencia: alimentos, eliminación de desechos, protección radiológica, agua y, sí, oxígeno. Si planea pasar años en una nave espacial, no puede traer todo lo que necesita. Tendrás que cultivarlo tú mismo.

Hay varias soluciones para cada necesidad individual, pero ahora una nueva línea de investigación sugiere que las algas podrían ser la clave para romper los viajes espaciales a largo plazo. «Mi grupo cree que podría ser posible abordar casi todas las necesidades metabólicas de los astronautas con un sistema de algas», dice Emily Matula de la Universidad de Colorado Boulder.

Matula está trabajando actualmente en su doctorado, que busca formas de eliminar el calor residual utilizando sistemas similares a los que se encuentran a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS). El devanado dentro de la ISS es una serie de bobinas llenas de agua. Cuando los astronautas liberan calor dentro de la EEI y varios otros experimentos que tienen lugar allí, el agua se calienta. Cuando el agua de las bobinas alcanza una cierta temperatura, se bombea junto a una placa fría que a su vez está conectada al exterior de la estación espacial. El calor pasa del agua al plato y luego sale de la ISS.

«Dado que ya tenemos este volumen asignado a los circuitos de agua, mi idea era ‘llenar’ los circuitos de agua con cultivos de algas, para que podamos tener dos procesos del sistema de soporte vital que se pueden abordar con un solo sistema», dice. Matula está estudiando cómo reaccionarían las algas al estar dentro de estos sistemas, que naturalmente involucran temperaturas fluctuantes y si aún pueden consumir dióxido de carbono y producir oxígeno a las tasas requeridas.

Ella aún no ha publicado los resultados, pero dice que este sistema «tiene el potencial de ahorrar masa, energía y volumen liberado». La otra aplicación es la revitalización del aire, la eliminación de dióxido de carbono y la producción de oxígeno, que es esencial para permitir que los astronautas respiren.

Definitivamente funciona en la Tierra: las estimaciones sitúan la cantidad de oxígeno proporcionada por las algas entre el 50 y el 80%. Sin embargo, trasladar esto al espacio es difícil.

En un experimento realizado en Rusia en 1961, un hombre vivió durante 30 días en una habitación de solo 4,5 metros cúbicos, utilizando solo algas para convertir el dióxido de carbono en oxígeno, según el libro Environmental Biotechnology.

Después de tres días, los niveles potencialmente dañinos de monóxido de carbono se estabilizaron y, después de 12 días, se fabricó el metano emitido por su propio cuerpo. Pero, según Matula, «los datos sobre este experimento no están ampliamente disponibles».

Nada de esto significa nada, por supuesto, si no es posible que las algas crezcan en el espacio. Realizado de febrero a agosto del año pasado, el experimento de algas espaciales de la NASA en la EEI estudió cómo crecen las algas en microgravedad.

«Queríamos encontrar una forma barata de cultivar algas en cultivos líquidos en el espacio», dice Mark Settles de la Universidad de Florida, quien fue el investigador principal del proyecto. «Las algas crecen rápidamente en líquidos, pero hay una serie de desafíos en el manejo de líquidos en microgravedad».

También probaron si ciertas variaciones genéticas significaban que las algas sobrevivían mejor en el espacio. En el transcurso de seis meses, crearon mutaciones sometiendo las algas a la luz ultravioleta y luego cultivando cada cepa diferente durante 40 generaciones. «Queríamos descubrir qué genes son realmente importantes para que las algas crezcan bien en la Estación Espacial», dice Settles. «Actualmente, caracterizamos si obtuvimos cepas significativamente diferentes en comparación con hacer el mismo experimento en la Tierra».

La posibilidad más prometedora es el uso de algas como fuente de alimento, porque muchos tipos son comestibles. «Con fines alimentarios, es más que probable que se utilice como un suplemento nutricional, en lugar de como un alimento básico», dice Kevin Tire, analista de carga útil de la Estación Espacial Internacional, quien dirigió el experimento de la NASA con algas espaciales.

Lograr el equilibrio nutricional adecuado también es un problema. «Dependiendo de las especies y cepas, algunas algas pueden tener un alto contenido de proteínas y compuestos nitrogenados, como ácidos nucleicos, y otras pueden tener un alto porcentaje de material de pared celular de biomasa, por lo que es posible que necesite varios tipos que se seleccionan o diseñado para una fuente de alimento balanceada ”, dice Wheeler.

Para la protección radiológica, también existe potencial. En el espacio, los astronautas son bombardeados por partículas altamente energéticas conocidas como radiación cósmica. Encontrar algo que bloquee la radiación es fundamental para ayudarnos a sobrevivir en el espacio.

Actualmente, en la ISS, por ejemplo, el blindaje lo proporcionan capas de muchos materiales diferentes.

Las algas crecen en un cultivo líquido, y si los reactores se colocan fuera de la nave espacial, podrían usarse como parte del escudo para bloquear la radiación, dice Settles. «El agua en los medios serviría como protección, pero las algas deberían tolerar la radiación cósmica», dice. El desarrollo de esta idea requiere tanto investigación tecnológica como investigación de cepas para encontrar cepas de algas que no sean destruidas por la radiación.

Las algas también podrían garantizar la eliminación de desechos. Si los desechos humanos se utilizan como fuente de alimento para las algas, reciclarán nutrientes como el fósforo y el nitrógeno en una forma que los astronautas pueden consumir. Esto también podría ser beneficioso en la Tierra. «Los países con recursos limitados, como India, están interesados ​​en utilizar algas para eliminar desechos industriales o humanos», dice Matula.

Finalmente, el experimento analizó el uso de algas en la producción de biodiésel de alto valor o aceites carotenoides, como la vitamina A. «Tanto el aceite como los carotenoides se producen en niveles más altos cuando las células están estresadas por el medio ambiente», dice. . Por ejemplo, si las algas carecen de nitrógeno o azufre, producen aceites de alta energía. «Probamos nuestras muestras espaciales para ver si el simple cultivo de algas en el espacio produce más petróleo que en la Tierra».

A largo plazo, esto podría ser útil para la fabricación espacial: los aceites producidos por las algas se pueden utilizar para producir plásticos o combustible en el espacio. «Las algas podrían ser parte de la entrada para ayudar a que el espacio sea más factible», dice Settles.

Como parte del experimento, Matula y su colega James Nabity publicaron un estudio sobre lo que podría salir mal al llevar algas al espacio. «Piense que si tuviera un vaso de algas en un mostrador, ¿cómo podría matarlo?» ella dice. «O si tuviera una planta enorme para cultivar o procesar biomasa de algas, ¿cómo podría romperse, fallar o detenerse?»

Por supuesto, el uso de algas en el espacio también podría estar terriblemente mal. Por ejemplo, si el oxígeno residual en las algas no se elimina con la suficiente rapidez, el crecimiento de las algas comenzará a disminuir. Otro ejemplo es la contaminación con productos químicos o bacterias; Si las algas se alimentan con desechos contaminados que no han sido tratados adecuadamente, pueden volverse peligrosos para quienes consumen las algas. Por ejemplo, si los astronautas consumen sustancias como la cafeína o los antibióticos, que no son naturales para la exposición a las algas, podrían acumularse en las algas, lo que puede tener efectos nocivos en las personas que las ingieren.

Para cada uno de los requisitos, eliminación de calor, eliminación de desechos, revitalización del aire, agua, protección contra la radiación y combustible, las algas han demostrado ser prometedoras. Su fusión aún no ha tenido lugar. «Nadie analizó todas estas funciones a la vez», dice Matula.

Pero Wheeler no cree que deban combinarse en un solo sistema. «En teoría, es posible que si tienes una variedad de tipos de algas y reactores, probablemente estés realizando diferentes funciones», dice. «Sería difícil hacerlo con un solo tipo de sistema».

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