"Las plantas cultivadas en condiciones de gravedad alterada muestran partes aéreas robustas y un crecimiento sano"

La empresa francesa de biotecnología Orius ha dado a conocer las primeras respuestas de las plantas a los ensayos realizados en su simulador de gravedad Gravilab, así como las decisiones de ingeniería que han hecho posible las mediciones de toda la planta.

El primer cultivo estudiado es Brassica rapa var. japonica (mizuna), una planta de hoja verde compacta y de ciclo rápido utilizada en trabajos anteriores de biología espacial. "Las plantas cultivadas en condiciones de gravedad alterada muestran partes aéreas robustas y un crecimiento sano", afirma el equipo de I+D de Orius. "Los sistemas radiculares, sin embargo, cuentan una historia diferente. En lugar de profundizar verticalmente, las raíces se extienden más horizontalmente".

A continuación, el equipo cuantificará la arquitectura de las raíces, el equilibrio entre raíces y brotes y el tiempo hasta la madurez, para pasar después a la fijación de semillas y la herencia antes de pasar a un modelo de fructificación (tomate Micro-Tom).

© Orius

Cómo se utiliza el simulador
Gravilab no modifica la gravedad en sí, sino que aleatoriza la orientación de la planta para que nunca perciba un vector de gravedad fijo, aproximando la microgravedad y la gravedad parcial mediante patrones de rotación definidos generados por un algoritmo propio.

Para producir datos procesables sobre las plantas, Orius construyó Gravilab como un sistema de investigación totalmente integrado. "Gravilab está equipado con un sistema de iluminación LED multiespectral y un sistema integrado de fertirrigación", señala el equipo. "Colocamos Gravilab en nuestra cámara de crecimiento controlado (Biomecell), donde los niveles de CO₂ y las condiciones climáticas se controlan continuamente. Todos los parámetros se rastrean a través de nuestro software de control, BiomeOS, que permite a los investigadores monitorizar cada variable en tiempo real y extraer datos exhaustivos para su análisis", afirma el equipo de I+D de Orius.

Los primeros ensayos indican una germinación de mizuna de casi el 100% en condiciones de microgravedad simulada, con un seguimiento de todos los ciclos de desarrollo desde la emergencia. Los experimentos se realizan en el interior de Biomecell con iluminación, fertirrigación, dióxido de carbono y clima gestionados y registrados a través de BiomeOS para mantener la coherencia en todas las ejecuciones.

Dos problemas de diseño y sus soluciones
El primero es el riego por rotación. "Trabajamos en sistemas de riego que optimicen el uso de recursos y garanticen una distribución homogénea, lo que supone un gran reto en ausencia de gravedad. Desarrollamos sistemas de riego como el aeropónico mediante técnicas especializadas de nebulización". El tratamiento y la reutilización del agua son fundamentales en el planteamiento: "La reutilización de soluciones nutritivas es esencial porque las tecnologías tradicionales de tratamiento del agua basadas en la Tierra consumen demasiados recursos para los entornos espaciales", afirma el equipo.

El segundo es el flujo de aire sin convección. Con una gravedad reducida, la convección boyante se detiene, por lo que la humedad y los gases pueden acumularse alrededor de las hojas. "Nuestros principales retos en la gestión del flujo de aire incluyen la deshumidificación y la regulación térmica". También hay que gestionar la composición de los gases: "La depuración de CO₂ y la eliminación de etileno y otros compuestos orgánicos volátiles (COV) [son fundamentales], ya que nuestras unidades pretenden producir diferentes cultivos dentro de la misma instalación", afirma el equipo. Esos mismos controles, flujo de aire uniforme, depuración activa de gases y recirculación a prueba de fugas, se trasladan directamente a salas verticales densas y apiladas.

Conexión con los circuitos vitales
Los módulos de cultivo se están diseñando para que interactúen con los sistemas de control ambiental y soporte vital (ECLSS) del hábitat. "Nuestro sistema de producción totalmente autónomo está diseñado para crear sinergias con el módulo base. Según nuestros cálculos, nuestros módulos de producción podrían depurar todo el CO₂ emitido por el número de tripulantes a los que están destinados a alimentar." También se están evaluando los residuos de cultivos como sustratos para el cultivo de setas con el fin de cerrar los bucles de carbono y nutrientes.

El estrés como herramienta y por qué la gravedad importa al CEA
En la Tierra, el trabajo comercial de Orius se centra en la gestión de los factores ambientales para mejorar la producción de compuestos bioactivos. La investigación sobre la gravedad amplía ese conjunto de herramientas. "Inducir respuestas de estrés que potencien el contenido bioactivo es especialmente interesante. Estudiar la gravedad y su impacto en la composición bioactiva o la densidad de nutrientes es muy relevante para nosotros".

"Todos estos desarrollos tienen un gran potencial para crear soluciones innovadoras para el CEA terrestre, construyendo bucles de reciclaje eficientes para cultivar de la forma más eficaz minimizando el consumo de energía y recursos."