Cos'è l'agricoltura spaziale e perché il Brasile sta inviando piante fuori dalla Terra

Lo scorso aprile, semi di ceci e piante di patate dolci prodotte in Brasile sono partiti per un volo suborbitale della compagnia privata Blue Origin, che ha rappresentato un passo importante per l'agricoltura spaziale brasiliana.

Ma cos'è esattamente l'agricoltura spaziale? E perché i ricercatori brasiliani stanno inviando ortaggi fuori dall'atmosfera terrestre?

La storia inizia nel 2020, quando la NASA e il Dipartimento di Stato americano, con la partecipazione di compagnie di voli spaziali commerciali e partner internazionali, hanno istituito l'Artemis Accord, che mira a riportare l'uomo sulla Luna, esplorare lo spazio profondo e, possibilmente, mettere piede su Marte per la prima volta.

A differenza del Programma Apollo, portato avanti dalla NASA tra il 1961 e il 1972, l'idea delle nuove missioni non è solo quella di raggiungere temporaneamente il satellite naturale della Terra, ma di stabilire basi permanenti con presenza umana , avviando un'economia sostenibile sulla Luna e, a lungo termine, sul pianeta rosso, in uno scenario che rimanda al film “Sopravvissuto - The Martian” (2015).

Inizialmente l'accordo coinvolgeva otto paesi, ma attualmente conta 55 nazioni firmatarie, tra cui il Brasile , che ha aderito al programma nel 2021. L'anno successivo sono stati pubblicati gli obiettivi di Artemis, alcuni dei quali legati alla coltivazione di piante nello spazio, poiché il costo dell'invio di cibo prodotto sulla Terra renderebbe impossibile mantenere la dieta degli astronauti.

Paesi firmatari dell'Accordo Artemis

• Germania
• Angola
• Arabia Saudita
• Argentina
• Armenia
• Australia
• Austria
• Bahrein
• Bangladesh
• Belgio
• Brasile
• Bulgaria
• Canada
• Chile
• Cipro
• Colombia
• Corea del Sud
• Danimarca
• Emirati Arabi Uniti
• Ecuador
• Slovacchia
• Slovenia
• Spagna
• Estonia
• Stati Uniti
• Finlandia
• Francia
• Grecia
• India
• Islanda
• Israele
• Italia
• Giappone
• Liechtenstein
• Lituania
• Lussemburgo
• Messico
• Nigeria
• Norvegia
• Nuova Zelanda
• Panama
• Paesi Bassi
• Perù
• Polonia
• Regno Unito
• Repubblica Dominicana
• Repubblica Ceca
• Romania
• Ruanda
• Singapore
• Svezia
• Svizzera
• Thailandia
• Ucraina
• Uruguay

"Dato che il Brasile è riconosciuto a livello internazionale per la sua ricerca agricola, abbiamo visto l'opportunità di dare il suo contributo a Embrapa, pensando anche al ritorno alla società brasiliana di tutte le tecnologie che saranno sviluppate nel corso dei lavori", spiega Alessandra Fávero, ricercatrice di Embrapa Sudeste e coordinatrice della rete Spacing Farm Brasil.

L'idea è stata sottoposta alla direzione dell'Embrapa Pecuária Sudeste, che ha sostenuto l'avanzamento di articolazioni sull'argomento con ricercatori di altre unità dell'istituzione, come Agroenergia, Strumentazione, Ortaggi, Agroindustria tropicale e Soia, oltre all'Agenzia spaziale brasiliana (AEB) e diverse università e istituti di ricerca.

Oggi la Space Farming Brazil Network conta 56 ricercatori provenienti da 22 istituzioni, di cui quattro internazionali, con competenze diverse.

Istituzioni che fanno parte della rete Space Farming Brazil

• Agenzia spaziale brasiliana (AEB)
• Centro per l'energia nucleare in agricoltura dell'Università di San Paolo (Cena-USP)
• Società brasiliana per la ricerca agricola (Embrapa)
• Facoltà di Agraria Luiz de Queiroz dell'Università di San Paolo (Esalq-USP)
• Istituto Agronomico (IAC)
• Istituto di studi avanzati (IEAv)
• Istituto di Geoscienze dell'Università di San Paolo (IGc-USP)
• Istituto nazionale per la ricerca spaziale (INPE)
• Istituto di Chimica dell'Università di San Paolo (IQ-USP)
• Istituto Tecnologico di Aeronautica (ITA)
• Università tecnica della Florida (FIT)
• Parco dell'Innovazione Tecnologica di São José dos Campos (PITSJC)
• Università della Florida (UFL)
• Università di Newcastle (NCL)
• Università federale dell'ABC (UFABC)
• Università Federale di Lavras (Ufla)
• Università Federale di Pelotas (UFPel)
• Università Federale del Rio Grande do Norte (UFRN)
• Università Federale di São Carlos (UFSCar)
• Università Federale di Santa Maria (UFSM)
• Università Federale di Vicosa (UFV)
• Università statale di Winston Salem (WSSU)

Il 14 aprile, la catena ha raggiunto un traguardo senza precedenti inviando ceci e patate dolci nello spazio con la missione NS-31 di Blue Origin, la stessa che ha portato la cantante Katy Perry oltre l'atmosfera terrestre. La società aerospaziale commerciale è di proprietà del miliardario americano Jeff Bezos, fondatore e CEO di Amazon.

Per circa cinque minuti, il cibo è stato esposto a un ambiente di microgravità, che potrebbe fornire parametri per lo sviluppo di colture spaziali.

I campioni si trovano attualmente negli Stati Uniti, dove si sta documentando la loro partenza per il Brasile. Una volta tornati, saranno sottoposti ad analisi genetiche per comprendere gli effetti causati dall'esposizione al volo suborbitale.

Le specie sono state scelte per il valore nutrizionale e l'adattabilità

La scelta delle specie di ceci e patate dolci per i primi esperimenti brasiliani non è stata casuale. Oltre al fatto che il legume è ricco di proteine ​​e il tubero di carboidrati a basso indice glicemico, entrambe sono versatili nella preparazione dei cibi, generano pochi sprechi, crescono rapidamente e sono facili da gestire.

I ceci possono essere utilizzati per preparare piatti che spaziano dall'hummus agli hamburger e sono ricchi di triptofano, un precursore della serotonina, benefico in situazioni di stress. La varietà utilizzata negli studi è la BRS Aleppo, una cultivar sviluppata dalla stessa Embrapa.

Nel caso delle patate dolci sono state utilizzate le cultivar Beauregard, che contengono dieci volte più beta-carotene delle varietà più diffuse nel paese, e Covington, sviluppata per avere crescita accelerata, adattabilità, elevato valore nutrizionale e semplice gestione.

Il legume è ricco di antiossidanti, un vantaggio per la salute umana e per la pianta stessa, poiché la rende più tollerante alle radiazioni ionizzanti presenti nello spazio. Inoltre, le sue foglie, ricche di fibre e proteine, possono essere consumate, riducendo la produzione di rifiuti.

La prima fase della ricerca è la simulazione sulla Terra

La prima fase della ricerca brasiliana è la simulazione sulla Terra, che prevede la preparazione del materiale, sia delle specie vegetali che delle condizioni di coltivazione in un ambiente protetto, sistemi di illuminazione e crescita accelerata delle piante.

Una volta completata questa fase, l'idea è di passare ai test nelle condizioni dell'orbita terrestre per adattare la coltura fino al momento in cui una missione tornerà sulla Luna e, in seguito, raggiungerà Marte, stabilirà basi permanenti e potrà iniziare a piantare sui corpi celesti.

"Continueremo ad apportare modifiche fino ad allora, cosa che dovrebbe avvenire solo nella prossima generazione", afferma Alessandra. "Diciamo sempre che il Programma Artemis è ancora agli inizi. Sappiamo che è un progetto a lunghissimo termine, ma dobbiamo iniziare a un certo punto, come per lo sviluppo di qualsiasi tecnologia importante."

Le sfide dell'agricoltura spaziale includono le radiazioni ionizzanti e l'assenza di suolo, gravità e atmosfera

Il coordinatore della rete Space Farming Brazil spiega che a medio termine ci sono altre specie candidate da includere negli studi, ma al momento l'attenzione è rivolta alle piante modello. Altri paesi che collaborano con il progetto di agricoltura spaziale lavorano su varietà che includono patate inglesi, lattuga, pomodori e altri alimenti.

Più avanti, la ricerca dovrebbe riguardare anche i vegetali non necessariamente destinati all'alimentazione, ma alla produzione di fibre, bioplastiche, biomasse, prodotti farmaceutici e altri derivati ​​essenziali per il mantenimento della vita umana fuori dalla Terra.

"Diciamo sempre che le condizioni più estreme per la coltivazione si trovano al di fuori della Terra", spiega Alessandra. Le sfide includono la microgravità, le radiazioni cosmiche ionizzanti e l'assenza di suolo e atmosfera.

Test condotti dal Collegio Agrario Luiz de Queiroz (Esalq) dell'Università di San Paolo (USP) a Piracicaba, utilizzando attrezzature speciali e CubeSat (satelliti in miniatura), dimostrano che le piante subiscono stress significativo in diverse condizioni di gravità, compromettendone la produzione. Simulando questi ambienti sulla Terra, è possibile prevedere come rendere l'agricoltura praticabile nelle future stazioni spaziali.

Le radiazioni cosmiche ionizzanti richiedono che le colture siano protette, come gli astronauti, da involucri realizzati con materiali in grado di assorbire le onde.

"Il suolo lunare, chiamato regolite, è completamente diverso dal nostro, ricco di alluminio e ferro ed estremamente povero di elementi importanti per la nutrizione delle piante", spiega Alessandra. "Quindi, inizialmente, possiamo utilizzare tecniche come l'aeroponica e l'idroponica, che non dipendono dal suolo, finché non riusciremo ad adattare la coltivazione alle condizioni superficiali dei diversi corpi celesti".

La ricerca in Brasile utilizza composti che simulano il suolo della Luna e di Marte

In Brasile sono in corso ricerche sullo sviluppo delle piante in composti che simulano il suolo lunare e marziano, afferma il ricercatore.

Un'altra condizione necessaria per stabilire basi sulla Luna e su Marte è la creazione di atmosfere artificiali, con una composizione simile a quella terrestre, come quelle già esistenti sulla Stazione Spaziale Internazionale.

Oltre alla crescita delle piante in un ambiente chiuso, la coltura deve essere completamente autosostenibile. Quindi, ad esempio, la coltura deve produrre nuovi semi, l'acqua deve essere trattata, i rifiuti devono tornare nel sistema come fertilizzante e lo scambio di anidride carbonica con ossigeno deve avvenire senza perdite.

L'agricoltura spaziale mira a favorire anche la produzione sulla Terra

Oltre a consentire la creazione di attività agricole al di fuori della Terra, la ricerca dovrebbe favorire l'agricoltura sulla Terra, soprattutto considerando le incertezze riguardanti il ​​futuro del clima.

I cosiddetti spin-off , ovvero le tecnologie utilizzate nella nostra vita quotidiana e sviluppate a partire dall'esplorazione spaziale, non sono una novità. Le fotocamere dei cellulari, i sistemi di navigazione satellitare (GPS), gli aspirapolvere portatili, le lenti antigraffio, i filtri dell'aria, le cuffie wireless, le protesi artificiali e persino i materiali utilizzati nelle scarpe da corsa e nei cuscini derivano tutti da studi condotti dalla NASA per le missioni spaziali.

In agricoltura, anche le fattorie verticali, che riutilizzano l'acqua, riducono al minimo il consumo di energia ed eliminano l'uso del suolo, sono frutto di ricerche dell'agenzia spaziale nordamericana.

In questo contesto, la ricerca sull'agricoltura spaziale condotta in Brasile dovrebbe portare anche alla creazione di nuove varietà di ceci, patate dolci e altre specie.

“Si tratterà di cultivar più efficienti nell’uso dell’acqua, più produttive, più adattabili e con altre caratteristiche superiori che finiranno per essere lanciate sul mercato e che potranno essere utilizzate dai produttori brasiliani”, afferma Alessandra.

L'allevamento preventivo può selezionare piante tolleranti a condizioni più difficili

Secondo il ricercatore, ci si aspetta che, oltre alle nuove varietà, vengano sviluppate tecnologie che possano apportare benefici all'agricoltura sulla Terra, nel contesto delle sfide poste dal cambiamento climatico.

Un sistema autosostenibile può utilizzare le tecniche create dall'agricoltura spaziale per garantire la sicurezza alimentare alle popolazioni delle regioni colpite dalla desertificazione, ad esempio.

Un'altra linea di ricerca riguarda il cosiddetto miglioramento genetico preventivo. "Ora possiamo selezionare piante più tolleranti alle temperature previste per i prossimi 10 o 20 anni, e quando ciò accadrà, avremo materiale pronto da mettere a disposizione."