La sfida: coltivare nello spazio
occhi a Marte e piedi per terra

di Giovanna Aronne*

La politica spaziale internazionale è orientata all’esplorazione umana di Marte e l’Italia è parte attiva in questo progetto ambizioso. Considerato che il tempo di una missione umana su Marte si aggira da uno a tre anni e che sarebbe impossibile trasferire da Terra cibo, acqua e ossigeno sufficienti all’equipaggio per l’intero periodo nello spazio, prima di intraprendere un viaggio interplanetario è necessario sviluppare un sistema in grado di sostenere la vita umana attraverso una continua rigenerazione delle risorse primarie. 

Per raggiungere tale obiettivo, tutte le agenzie spaziali, in collaborazione con le comunità scientifiche e industriali internazionali stanno lavorando alla realizzazione di ecosistemi semplificati, chiusi ed autosufficienti, comunemente detti sistemi biorigenerativi o BLSSs (Biorigenerative Life Support Systems). In questo settore, punto di riferimento è il consorzio MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative), un’iniziativa dell’agenzia spaziale europea con circa trenta anni di esperienza nel settore e del quale il Dipartimento di Agraria dell’Università di Napoli Federico II fa parte.

Nei sistemi biorigenerativi le piante superiori svolgono un ruolo chiave: producono cibo fresco per l’alimentazione degli astronauti e, attraverso la fotosintesi, producono nuovo ossigeno e rimuovono anidride carbonica (prodotta con la respirazione umana). Nei BLSSs, le piante sono fondamentali per la depurazione dell’acqua (attraverso il processo di traspirazione) ed il riciclo dei rifiuti organici (tra cui residui della biomassa vegetale non utilizzata e reflui fisiologici dell’equipaggio). Le piante infine contribuiscono al benessere psicologico dell’equipaggio, limitando lo stress da isolamento. 

Presso il Dipartimento di Agraria la coltivazione e la biologia delle piante nello spazio si studiano ogni giorno da circa venti anni. Le ricerche sugli aspetti più legati alla coltivazione sono coordinate dalla collega Stefania De Pascale in collaborazione con Roberta Paradiso. Le interazioni tra biologia delle piante e fattori spaziali sono a cura della sottoscritta e della collega Veronica De Micco. Il gruppo di lavoro, peraltro a guida tutta femminile, è inserito in un network scientifico internazionale e svolge attività in diversi progetti di ricerca dell’agenzia spaziale europea (ESA). È inoltre impegnato in programmi di trasferimento tecnologico con le migliori industrie italiane del settore.
Tra i progetti approvati, il più recente è MULTI TROP, un esperimento che l’Agenzia Spaziale Italiana ha selezionato tra i 13 da svolgere a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) durante la prossima missione dell’astronauta Paolo Nespoli. Il team di MULTI TROP è composto non solo da docenti e studenti del Dipartimento di Agraria della Università Federico II, ma anche da insegnanti e alunni del Liceo Scientifico Silvestri di Portici. 
Durante la Missione di Nespoli, MULTI TROP sarà l’unico esperimento italiano sulle piante, l’unico finalizzato sia alla ricerca sia alla formazione, l’unico formato da un team tutto napoletano.

MULTI TROP è un progetto di biologia spaziale. Consiste nel fare germinare semi sulla ISS per studiare il comportamento delle radici. Bisogna considerare che sulla terra la forza di gravità stimola le radici ed orienta lo sviluppo verso il basso, nel suolo. Altri fattori, tra cui la presenza di acqua e di sostanze nutritive, esercitano sulle radici stimoli direzionali secondari. Il fenomeno di orientamento della crescita a seguito di uno stimolo esterno prende il nome di tropismo, da cui il nome del progetto: MULTI TROPismo. Nello spazio, a causa dell’assenza di gravità le radici delle piante si accrescono in ogni direzione. Questo fenomeno rende più complessa la progettazione e gestione dei sistemi di coltivazione delle piante. 

Uno degli obiettivi di MULTI TROP è approfondire le conoscenze di biologia vegetale sulle interazioni tra diversi fattori coinvolti nei processi di orientamento delle radici. Si ritiene che sulla Terra l’attrazione esercitata dalla forza di gravità sia dominante sugli altri stimoli. Con questo esperimento vogliamo verificare se l’acqua o le sostanze nutritive, esercitano stimoli sufficientemente intensi per attrarre e guidare l’accrescimento degli apici radicali in condizioni di assenza di gravità. Per raggiungere questo obiettivo è necessario svolgere l’esperimento sull’ISS. I risultati di MULTI TROP avranno applicazione diretta nei programmi di trasferimento tecnologico, in quanto direttamente applicabili a migliorare la progettazione di hardware per la coltivazione di piante in condizioni di assenza di gravità.

Le attività dell’esperimento MULTI TROP sono divise in tre fasi. La fase pre-volo si svolgerà nei laboratori del Dipartimento di Agraria e terminerà con il trasferimento di tutto il materiale in Florida, presso la base di lancio del Kennedy Space Center. La fase di volo sulla ISS prevede il coinvolgimento dell’astronauta Paolo Nespoli. La fase post-volo consisterà nell’esecuzione di test di controllo a terra e di una lunga serie di analisi botaniche di tutti i campioni prodotti sulla ISS; terminerà con l’elaborazione e la divulgazione dei risultati. 
L’esperimento è allestito in un hardware prodotto da Kayser Italia, una PMI con circa trenta anni di esperienza a supporto del settore di ricerca in biologia spaziale. Prima del lancio sedici semi saranno distribuiti in otto camerette allestite con due tipologie di substrato: uno contenente solo acqua ed uno elementi nutritivi in soluzione acquosa. Sulla ISS i semi germineranno al buio e saranno esposti alla temperatura ambiente della stazione. Dopo la germinazione e l’allungamento delle radici in microgravità, l’esperimento sarà disattivato a bordo della ISS iniettando un fissativo chimico. 

MULTI-TROP è anche un progetto educational. Parallelamente agli obiettivi scientifici ed applicati, punta anche a stimolare l’interesse degli studenti delle scuole secondarie verso la biologia spaziale. L’aspetto di formazione, prevede la collaborazione con il team del liceo scientifico durante tutte le fasi del progetto. La collaborazione tra i due team non è nuova. Tutti gli alunni coinvolti nel progetto hanno già partecipato al progetto LISS: a lezione sulla ISS, un’iniziativa didattica per collegare il mondo della scuola e quello della ricerca che l’ASI in collaborazione con il team del Dipartimento di Agraria ha svolto durante la missione dell’astronauta italiana Samantha Cristoforetti. 
I risultati dell’esperimento MULTI TROP così come quelli di tutte le ricerche sui sistemi biorigenerativi, pur essendo finalizzati alle missioni interplanetarie ed alla colonizzazione di Marte hanno anche un’immediata ricaduta a Terra. La conoscenza approfondita dei fenomeni biologici alla base della crescita delle piante darà nuovi input per produrre cibo vegetale in serre allestite con tecnologie nuove e sostenibili. Migliorare l’efficienza dei sistemi di coltivazione permetterà di aumentare la qualità e la quantità dei prodotti finali con un più efficiente impiego dei mezzi di produzione ed un risparmio in termini energetici e di uso delle risorse a cominciare da quelle idriche. In altre parole, le nostre ricerche puntano alle missioni interplanetarie, ma sono contemporaneamente finalizzate ad affrontare le sfide di una agricoltura sostenibile e al passo coi tempi. 

* Dipartimento di Agraria, Università degli Studi di Napoli Federico II
Sabato 25 Marzo 2017, 10:32
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