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

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5, 4, 3, 2, 1 ... descolar!

A missão MagISStra da ESA teve início com mais três astronautas a caminho da Estação Espacial Internacional (ISS), após a descolagem de Baikonur, no Cazaquistão.

A ISS é uma nave espacial incrível que orbita 400 quilómetros acima da Terra, 16 vezes por dia e a uma velocidade de 28 000 quilómetros por hora.

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.

ISS orbit
ISS orbit

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.

Glucose and starch
Glucose and starch

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.

Photosynthesis
Photosynthesis

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.

Seeds and plants

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.

Paolo's daily schedule

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?

Comparison table
Comparison table

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.

Arabidopsis thaliana

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).

Arabidopsis growing

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.

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