Dove sarà coltivato il cibo del futuro, e quali piante si coltiveranno nei nuovi luoghi, che siano Marte o lo spazio?
Questo articolo è tratto dal nostro mensile Cibo, disponibile sulla app di Domani e in edicola
Quali piante saranno coltivate nello spazio? Niente a che vedere con quelle della Piccola bottega degli orrori di Frank Oz, uno dei casi più emblematici di mostruosità green al cinema. Piuttosto si tratterà delle stesse colture che sono alla base dell’alimentazione umana sulla Terra. Infatti, come sempre, dobbiamo partire dal nostro pianeta.
Le più importanti a livello globale, quelle che forniscono la maggior parte delle calorie alimentari per l’essere umano, sono: cereali, quali riso (essenziale nella dieta di oltre la metà della popolazione mondiale, soprattutto in Asia), frumento (utilizzato in una molteplicità di alimenti, dal pane alla pasta, e base alimentare per un terzo della popolazione mondiale), mais e cereali minori come orzo e sorgo; legumi, come soia, lenticchie, piselli e fagioli, che sono una fonte importante di proteine, fibre e altri nutrienti; e infine tuberi, come la patata e la patata dolce.
Queste colture principali sono fondamentali per garantire la sicurezza alimentare sulla Terra e lo saranno anche nello spazio. A esse si aggiungono molte altre colture: ortaggi da foglia, come le insalate; da frutto, come il pomodoro; da radice, come i ravanelli.
Al momento, tra gli ortaggi pick and eat (raccogli e mangia) più gettonati, da coltivare per integrare la dieta degli astronauti in una possibile missione di lunga durata, figurano: lattuga, spinacio, carota, pomodoro, erba cipollina, radicchio, peperoncini dolci, fragole, cavoli ed erbe aromatiche.
A questo proposito, è bene sottolineare che la biodiversità delle colture (agrobiodiversità) sarà vitale per la resilienza degli ecosistemi agricoli e per la sicurezza alimentare anche in ambienti extraterrestri.
La coltivazione di specie arbustive e arboree nello spazio rappresenta una sfida significativamente maggiore rispetto alla coltivazione di piante erbacee e, per ovvi motivi (maggiori dimensioni, ciclo di crescita più lungo, maggiori risorse necessarie ed esigenze di manutenzione, minore tolleranza alla gravità ridotta, minore rapporto prodotto commestibile/scarti ecc.), inizierà solo molto dopo, quando sarà possibile costruire infrastrutture dedicate e più ampie per sostenere sistemi arborei.
La domesticazione delle piante e l’adattamento dell’ambiente alla loro coltivazione hanno gettato le basi per lo sviluppo dell’agricoltura come la conosciamo oggi, trasformando profondamente le società umane e il loro rapporto con la natura.
Ebbene, nell’agricoltura spaziale si tratta di ripercorrere questo processo per consentire la vita umana nello spazio. Solo che in questo caso la “natura” è un ambiente estremo che impone sfide biologiche e tecnologiche significative, sia per gli esseri umani sia per le piante.
Queste sfide diventano via via più complesse muovendoci dallo spazio profondo, al di là dell’atmosfera terrestre, fino alla superficie di corpi celesti come asteroidi, satelliti e pianeti. In ogni caso, sarà necessario creare ambienti chiusi capaci di simulare le condizioni idonee per la vita e scegliere le colture più adatte.
Ma andiamo con ordine. Quali sono, quindi, i requisiti generali che le piante devono avere per essere coltivate nello spazio?
Questa selezione è un processo che implica considerazioni agronomiche e di sostenibilità, insieme a valutazioni correlate all’efficienza di rigenerazione delle risorse, alle caratteristiche nutrizionali e ai requisiti di crescita e di adattabilità alle condizioni spaziali.
Per prima cosa le piante dovranno essere in grado di crescere rapidamente e in modo efficiente nei volumi limitati che saranno disponibili nello spazio.
Pertanto, dovranno essere di dimensioni adeguate. Dovranno adattarsi ai sistemi chiusi, in condizioni non convenzionali di luce, temperatura, umidità, pressione e gravità.
Dovranno essere compatibili con i sistemi di coltivazione idonei per l’ambiente spaziale, quali l’idroponica o l’aeroponica. Dovranno massimizzare l’efficienza d’uso delle risorse disponibili quali acqua e nutrienti, riducendo al minimo lo spreco.
Per le missioni di lunga durata sarà importante che le piante riescano a completare il loro ciclo di vita, consentendo la raccolta dei semi o la propagazione per future coltivazioni. Inutile dire che le colture selezionate dovranno soddisfare i requisiti nutrizionali per l’alimentazione umana.
Non ultimo, dovranno avere elevata capacità di rigenerare l’aria all’interno dell’ambiente di coltivazione, riciclando l’anidride carbonica e producendo l’ossigeno, e di purificare l’acqua rendendola potabile.
I criteri di selezione delle piante differiscono a seconda dei diversi scenari di missione, per esempio sull’ISS (Stazione Spaziale Internazionale), o ambienti simili, oppure nelle future colonie sulla Luna o su Marte, a causa non solo delle diverse condizioni ambientali, ma anche delle criticità e delle esigenze specifiche di ciascun contesto di missione.
Partiamo dall’ISS: quali piante sono adatte a essere coltivate a bordo della stazione spaziale? Le limitazioni tecniche in questo caso dipendono dalla ridotta disponibilità di volume, energia e tempo dell’equipaggio.
Vengono pertanto preferite colture caratterizzate da piccola taglia, ciclo di crescita breve, resistenza a malattie e stress ambientali e alta produttività.
Quest’ultima va intesa anche come rapporto tra frazione edibile e biomassa totale delle piante, definito “indice di raccolta”, che dipende dalla specie e, nell’ambito di questa, dalla varietà, ma entro certi limiti può essere migliorato con idonee tecniche colturali. L’indice di raccolta rappresenta un criterio importante nella selezione, in quanto indica la porzione della pianta che viene consumata rispetto a quella che viene scartata.
Questo fattore è cruciale perché determina anche il volume necessario per lo stoccaggio degli scarti vegetali nelle stazioni orbitanti e, nei futuri habitat di superficie, i requisiti dei sistemi utilizzati per la loro degradazione.
Le colture devono adattarsi bene alla coltivazione in piccole camere di crescita, su substrati e sistemi di irrigazione e nutrizione appositamente studiati per l’ambiente microgravitazionale. La crescita in un volume ridotto richiede, per esempio, una particolare attenzione al ricircolo dell’aria, per evitare che in microgravità l’aria stagnante sulle foglie limiti gli scambi gassosi (quindi fotosintesi e traspirazione).
Da un punto di vista nutrizionale, a bordo di piattaforme orbitanti come l’ISS o di veicoli di transito, sono preferite colture ricche di vitamine e minerali.
Per esempio verdure a foglia, come lattuga e spinaci, che forniscono vitamine A, C e K, così come calcio e ferro, ma anche ortaggi da frutto come il pomodoro e piccoli frutti come le fragole, che apportano vitamine essenziali e antiossidanti, arricchendo la varietà nutrizionale della dieta spaziale basata sullo “space food”. Vediamo ora quali sono le piante candidate ad andare sulla Luna o su Marte.
Le future colonie spaziali richiederanno piante adatte per la sostenibilità a lungo termine e per la produzione di cibo per gli abitanti. Nel caso di colonie planetarie, sarà presente gravità, sebbene ridotta; il volume disponibile per la coltivazione rappresenterà un fattore meno limitante e le risorse in situ (suolo lunare o marziano, anidride carbonica, ecc.) potrebbero essere utili per la coltivazione, ma si tratterà di ambienti estremamente ostili.
Marte, per esempio, è caratterizzato da bassa pressione atmosferica, temperature estreme, radiazioni e un suolo povero di nutrienti, detto “regolite marziana” (la regolite è l’insieme eterogeneo di sedimenti, polvere e frammenti di materiale che compone lo strato più esterno della superficie dei pianeti rocciosi, della Luna e degli asteroidi).
Pertanto, i criteri di selezione delle piante saranno incentrati sulla capacità di sopravvivenza in un sistema chiuso (probabilmente in habitat “sotterranei” o comunque schermati per proteggere gli astronauti e le piante dalle radiazioni) con risorse limitate.
Saranno necessarie piante in grado di svolgere funzioni di rigenerazione, dalla purificazione dell’aria e dell’acqua al riciclo dei rifiuti organici, per esempio utilizzando gli scarti alimentari e i reflui umani come fonte di nutrienti, nelle condizioni estreme dei futuri habitat su Luna o Marte.
Inoltre, le piante dovranno garantire una dieta bilanciata e costituire gran parte del sostentamento per gli astronauti; è quindi essenziale che siano non solo ricche di vitamine e minerali, ma anche di carboidrati, proteine e grassi. In questo contesto, le piante candidate per l’agricoltura spaziale includono tutte quelle colture che formano la base dell’alimentazione umana sulla Terra.
La selezione dovrà considerare, come detto, anche fattori come l’efficienza degli scambi gassosi (fotosintesi e traspirazione, in quanto determinano rispettivamente l’efficienza dei processi di rigenerazione di aria e acqua), il consumo di nutrienti, il ciclo di crescita e la resistenza a stress ambientali e malattie nonché la dipendenza di questi fattori dalle condizioni di crescita. Non da poco, infine, saranno le sfide rappresentate dalla conservazione e trasformazione degli alimenti vegetali e dalla degradazione degli scarti vegetali.
Piantare patate su Marte. Il lungo viaggio dell’agricoltura (Aboca Edizioni 2024, pp. 168, 19,50 euro) è un saggio di Stefania De Pascale
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