Uma estufa no espaço: Alimentos no espaço (1.ª parte)

Durante os próximos dias, e mesmo meses, estes astronautas vão viver, trabalhar e dormir a bordo desta nave espacial, onde o ambiente interior é muito diferente daquele a que os humanos estão habituados na Terra. Por exemplo, todos os objectos devem estar fixos ou atados para não flutuarem devido às condições de microgravidade no espaço.

Os alimentos e a água de que os astronautas necessitam para viver devem ser transportados para a ISS. Os materiais são transportados da Terra para bordo e ajudam a manter a tripulação neste espaço relativamente fechado.

Os elementos da tripulação necessitam de refeições cuidadosamente planeadas que lhes permitam satisfazer as suas necessidades nutricionais e praticar exercício físico para se manterem saudáveis a bordo da estação espacial.

Naves de carga como o l’ATV, HTV e Progress transportam alimentos e água para a ISS.

Os astronautas trabalham e efectuam a manutenção da ISS. Realizam inúmeras experiências científicas que ajudam a humanidade em áreas como a medicina e a tecnologia. Em condições de imponderabilidade, as experiências podem ser levadas a cabo na ausência de gravidade e comparadas com o que acontece na Terra.

Antes de observarmos uma experiência muito especial com plantas em crescimento a bordo da ISS, vejamos por que motivo as plantas são tão importantes para nós.

Parte A: A importância das plantas

As plantas são seres vivos multicelulares. Elas crescem, excretam, respiram, reproduzem-se e respondem a estímulos externos.

São a nossa principal fonte de alimento e, sem plantas, não existiriam seres humanos nem animais. Consegues lembrar-te de razões para isto acontecer?

Pensa nas cadeias alimentares e nas redes ou teias alimentares que estudaste.

De que modo começam todas as cadeias alimentares? Desenha algumas cadeias e teias ou redes alimentares, com a complexidade que preferires. A partir daí, poderás entender com clareza o papel essencial que as plantas desempenham. Toda a cadeia alimentar possui, no seu ponto de partida, organismos capazes de produzir o seu próprio alimento (plantas e quimiotróficos).

Na Terra, dispomos de todos os ingredientes necessários à vida: ar, água, luz, nutrientes e calor. Nós (e todos os animais) conseguimos obter a nossa energia para viver e crescer dos alimentos que ingerimos e do oxigénio do ar.

Fragmentamos moléculas complexas dos alimentos que ingerimos (hidratos de carbono, proteínas e gorduras) em moléculas mais simples que podem ser utilizadas pelo nosso corpo (glicose, aminoácidos, ácidos gordos e glicerol). Usámo-las para construir moléculas que nos permitem viver, mover e crescer.

As plantas fazem-no de forma diferente. Utilizam as moléculas simples, como o dióxido de carbono do ar, e a água, para construírem moléculas mais complexas, como a glicose. Com mais alguns nutrientes que obtêm a partir do solo fértil (como o azoto ou o enxofre), as plantas podem utilizar a glicose para criar moléculas ainda mais complexas, como hidratos de carbono, proteínas e gorduras, que armazenam nas suas estruturas especiais ou nas suas folhas.

O processo através do qual as plantas produzem a glicose a partir do dióxido de carbono e da água é designado fotossíntese e utiliza a energia da luz do Sol. Um derivado da fotossíntese é o oxigénio.

Assim, as plantas utilizam a água e a luz do Sol para crescerem e produzem oxigénio. Por seu turno, os animais comem plantas (e outros animais!), inspiram oxigénio e expiram dióxido de carbono. Na maioria das cadeias alimentares, podemos descrever as plantas como sendo as "cozinhas" do planeta Terra.

Como é que uma semente se transforma numa planta?

As sementes secas incham ao absorverem água (embebição). Foi o que aconteceu com as sementes de Arabidopsis plantadas na estufa.

Podes experimentar com outras sementes na tua sala de aulas: Arranja algumas sementes de feijão ou de milho. Coloca-as na água e observa o que acontece.

A casca da semente rebenta, expondo os cotilédones que contêm os nutrientes armazenados na semente. Os cotilédones fornecem energia suficiente à semente para continuar a crescer até se transformar numa planta. Além disso, protegem os jovens rebentos e as jovens raízes. O que cresce primeiro?

A raiz fixa a planta ao solo e permite ao jovem embrião captar água e nutrientes através das radículas. O processo de transformação de uma semente numa planta chama-se germinação.

Quando os jovens rebentos começam a sair da terra, são formadas as primeiras folhas. Estas permitem que a planta comece a produzir o seu próprio alimento à medida que esgota as suas reservas. A planta continua a crescer, podendo produzir flores e sementes.

Parte B: Alimentos no espaço

Os astronautas vivem a bordo da estação espacial. Observa e lê aqui sobre a vida a bordo. Todos os alimentos são trazidos da Terra para bordo.

Uma vez que a duração da missão na ISS e a substituição da tripulação permitem abastecer a estação de provisões frescas, existem sempre alimentos, água e oxigénio suficientes para manter os astronautas.

Porém, em missões mais prolongadas, como por exemplo, a Marte, em que o tempo de viagem e a extensão do trajecto de ida e volta demoraria um ano e meio, é necessário adoptar uma estratégia diferente.

Para as missões de longo prazo, tudo deve ser preparado e testado antes de nos dispormos a enviar pessoas para tão longe. Neste momento, estão a ser efectuados estudos por uma equipa da Agência Espacial Europeia e do Instituto Russo para os Problemas Biomédicos (IBMP) em Moscovo, designada Mars500.

Uma das soluções pode passar pela produção de alimentos frescos por parte dos astronautas, tornando-se assim parcialmente auto-suficientes. Por conseguinte, terão de ser desenvolvidas estufas especiais a bordo das naves espaciais, nas estações orbitais ou na superfície do novo planeta.

Uma estufa pode ser um acessório essencial para a sustentabilidade das viagens espaciais. Embora o ambiente no espaço seja bastante diferente do da Terra, existem determinados elementos que podem permitir a concretização deste processo. Os ingredientes essenciais para o crescimento das plantas são a água, os nutrientes, o ar (oxigénio e dióxido de carbono) e a luz.

Observemos como funcionaria uma estufa no espaço. O que a distinguiria das da Terra?

Durante a missão MagISStra, o astronauta da ESA, Paolo Nespoli, iniciou o cultivo de plantas numa mini-estufa. Esta é apenas uma das muitas experiências que ele levará a cabo durante a sua missão de seis meses na Estação Espacial Internacional. Observa a altura do dia em que iniciou esta actividade (17 de Fevereiro de 2011, às 13:25 h). Podes constatá-lo na nota amarela anexada ao seu calendário diário de bordo.

Clica aqui para veres como ele começou a sua experiência espacial.

As plantas fornecem-nos alimentos. Na Terra, é relativamente fácil plantar e cultivar plantas. Porém, como o Homem decidiu explorar e sair da Terra, terá de descobrir uma forma de cultivar alimentos fora do nosso ambiente, porque é muito caro transportar todos os alimentos de que a tripulação precisa para realizar a sua viagem a Marte. Há já muito tempo que os cientistas têm vindo a conceber formas de os astronautas se tornarem auto-sustentáveis em missões de longo prazo, cultivando os seus próprios alimentos.

O que acontece no ambiente espacial e qual será o comportamento das plantas na microgravidade? Que condições especiais são necessárias e porquê? Preencha o quadro abaixo para comparar e contrastar todos os processos utilizados pelas plantas para obterem água (como regas as plantas na Terra e como o faz Paolo?), de onde vêm as moléculas de oxigénio e de dióxido de carbono e de onde provém a energia da luz que conduz ao processo de fotossíntese?

A planta escolhida para cultivo durante a experiência chama-se Arabidopsis thaliana. Trata-se de uma angiosperma (planta de flor) e dicotiledónea (dois cotilédones na semente) e pertence à família da mostarda (Brassicaceae). É comummente conhecida por arabeta e é considerada uma erva daninha.

Depois de ter crescido, tem o seguinte aspecto:

A planta é pequena e possui uma roseta plana de folhas a partir da qual cresce o caule da flor com cerca de 15 a 30 cm de comprimento. É, além disso, autogâmica e cresce em espaços relativamente pequenos. A Arabidopsis tem um ciclo de vida curto de cerca de 6 semanas desde a germinação à maturação da semente.

Produz sementes em órgãos de frutificação designados sílica (cápsula de semente bicarpelada). Foi amplamente estudada na genética e ciência das plantas.

As sementes são muito pequenas e devem ser manuseadas com muito cuidado ao plantá-las. Na estufa espacial, as sementes já estão todas no interior da câmara de cultivo, sendo mantidas dentro de um papel especial solúvel em água.

Quando Paolo iniciou a experiência adicionando água com uma seringa, o papel dissolveu-se e as sementes germinaram.

Eis a primeira imagem da Arabidopsis com um rebento a emergir do substrato após 5 dias de rega a bordo da ISS.

Após cerca de 3 semanas, a estufa espacial apresentou sinais de crescimento de húmus. A bordo da ISS, a manutenção do ambiente interior é realmente fundamental para a saúde da tripulação. Por conseguinte, a estufa teve de ser retirada da ISS.

Porém, ao mesmo tempo que se iniciou a experiência na ISS, a tripulação do projecto Mars500 também lançou a sua própria experiência. A tripulação da Mars500 está a simular uma possível missão a Marte – podes ler mais sobre este assunto no (sítio da Web da Mars500).

Podes acompanhar o crescimento da tua planta comparando-o com o da planta da tripulação da Mars500 e enviar os resultados para isseducationteam@esa.int no fim do projecto (finais de Junho de 2011).

Uma conclusão final sobre os resultados dos diversos países e os da tripulação da Mars500 será analisada e publicada nesta aula online logo que sejam recebidos todos os dados.