Viagens espaciais de longa distância exigem uma forma de produzir alimentos no espaço. Pesquisadores criativos estão trabalhando em soluções para alimentar astronautas durante viagens espaciais de longa duração.
Com o sucesso da recente missão Artemis II e com o IPO da SpaceX voltado para a Lua, a perspectiva da exploração do espaço profundo nunca pareceu tão próxima. Com isso surge uma pergunta: como alimentar astronautas no espaço?
O programa Artemis da NASA está estabelecendo as bases para viagens espaciais e habitação de longa duração, incluindo as primeiras missões humanas a Marte já na década de 2030. Ao mesmo tempo, empresas privadas como SpaceX, Blue Origin e Virgin Galactic estão reduzindo o custo de acesso ao espaço, o que permitirá enviar a carga necessária para sustentar missões prolongadas. Ainda assim, o custo do reabastecimento continua sendo um dos maiores gargalos da exploração do espaço profundo.
Uma viagem a Marte levaria cerca de 900 dias. Uma tripulação de seis pessoas necessita de aproximadamente 10.000 kg de alimentos nesse período. Para reduzir essa quantidade, iniciativas como o Deep Space Food Consortium e a Divisão de Ciências Biológicas e Físicas da NASA estão procurando novas soluções tecnológicas para produzir alimentos no espaço. Como benefício adicional, essas abordagens inovadoras podem ajudar a resolver os desafios que enfrentamos aqui na Terra enquanto buscamos formas de alimentar uma população global em crescimento.
Reinventando a fotossíntese
A agricultura tradicional exige grandes extensões de terra e abundância de luz solar, dois recursos claramente limitados no espaço profundo. Mais da metade da área terrestre dos Estados Unidos é utilizada para fins agrícolas.
O fato de as plantas converterem menos de 1% da energia solar em calorias comestíveis representa uma limitação importante para a produtividade das culturas, especialmente em ambientes limitados por fótons, como espaçonaves, a Lua ou Marte. Algo que todos aprendemos nas aulas de biologia é que as plantas utilizam fótons de luz para converter o dióxido de carbono (CO₂) presente no ar em açúcares e energia que permitem seu crescimento, um processo chamado fotossíntese.
Hoje, porém, alguns cientistas estão questionando esse paradigma aparentemente fundamental e procurando maneiras de aumentar a eficiência energética das plantas eliminando a necessidade da fotossíntese.
Robert Jinkerson, professor de Engenharia Química e Ambiental da Universidade da Califórnia em Riverside (UC Riverside), descobriu uma forma de cultivar plantas no escuro. Sua equipe, em conjunto com o grupo de Feng Jiao, da Universidade Washington em St. Louis, foi pioneira em um novo campo chamado eletroagricultura, que permite a conversão direta do CO₂ atmosférico em biomassa vegetal sem a necessidade de luz.
Esse método foi desenvolvido em 2021 como parte do Deep Space Food Challenge, uma competição patrocinada pela NASA e pela Agência Espacial Canadense. Em sua essência estão duas tecnologias principais: um equipamento chamado eletrólisador, que transforma CO₂ em acetato, e plantas geneticamente modificadas capazes de utilizar esse acetato para crescer na ausência de luz.
A conversão eletroquímica direta é mais eficiente energeticamente do que a agricultura tradicional, algo especialmente importante para plantas cultivadas em ambientes internos sob iluminação artificial.
“Quando você cultiva plantas em ambientes internos, é aí que nosso processo realmente se destaca”, explica Jinkerson. “Em ambientes controlados, como fazendas verticais ou estufas, utilizar eletricidade para converter energia em luz por meio de LEDs não é a forma mais eficiente, porque as plantas desperdiçam a maior parte dessa energia.”
Fazer com que as plantas utilizem acetato como fonte de energia em vez da fotossíntese não é uma tarefa simples. Para isso, os cientistas utilizaram edição genética CRISPR multiplex para reprogramar o metabolismo vegetal. As sementes utilizam nutrientes armazenados, como carboidratos e gorduras, para crescer enquanto estão sob o solo. No entanto, quando as mudas emergem e alcançam a luz solar, passam a depender da fotossíntese. O CRISPR permite que os cientistas reativem essas vias metabólicas adormecidas que existem para possibilitar a germinação das sementes.
Inicialmente, a equipe de Jinkerson testou essa abordagem não em plantas, mas em cogumelos, leveduras e algas cultivados no escuro. Os pesquisadores calcularam um aumento de eficiência de dezoito vezes com esse método.
Eles também demonstraram que plantas como alface, tomate e pimentão cultivadas no escuro conseguem incorporar em seus tecidos acetato marcado com carbono-13 (um isótopo pesado do carbono). Embora as plantas alimentadas com acetato permanecessem vivas, os ganhos energéticos ainda não eram suficientes para permitir um crescimento significativo em tamanho.
A equipe vem aprimorando a genética das plantas para torná-las mais eficientes na conversão de acetato em biomassa e testou essas modificações na Estação Espacial Internacional durante um experimento de 30 dias realizado no ano passado. Paralelamente, Jinkerson trabalha com Martha Orozco-Cardenas, professora da UC Riverside, e Gioia Massa, gerente de programa do Centro Espacial Kennedy da NASA, para desenvolver os tomates SPACE (sigla em inglês para Pequenas Plantas para Agricultura em Ambientes Confinados), projetados para apresentar folhas e caules menores e produzir mais frutos.
Levando a inovação espacial de volta para a Terra
Além das limitações de espaço e luz, produzir alimentos no espaço apresenta outras dificuldades inesperadas. Na ausência de gravidade, até mesmo a irrigação das plantas se torna um desafio de engenharia. Calor e umidade se acumulam ao redor das folhas, caules e raízes, e a adição de acetato ao substrato aumenta o risco de contaminação microbiana.
Pesquisadores da NASA desenvolveram “almofadas para plantas” especiais para solucionar esse problema. A Interstellar Lab, empresa de biotecnologia franco-americana, desenvolveu uma abordagem alternativa: a startup está criando sistemas de circuito fechado que reciclam ar, água e nutrientes para sustentar o cultivo de plantas, cogumelos e até insetos. A Interstellar Lab foi a vencedora do Deep Space Food Challenge de 2024. Sua próxima ambição, batizada de “Missão Pequeno Príncipe”, em referência ao livro de Antoine de Saint-Exupéry, é cultivar rosas na Lua.
Essas inovações, embora tenham sido concebidas inicialmente para viabilizar a exploração espacial, também podem ajudar a enfrentar problemas de segurança alimentar aqui na Terra, apoiando a produção de alimentos em áreas densamente povoadas, ambientes hostis ou cenários de desastre. A suplementação com acetato pode substituir a agricultura vertical, que em grande parte não alcançou os resultados esperados, além de permitir o uso de plantas como fábricas para a produção de medicamentos, vacinas e outros ingredientes de alto valor que contribuem para a saúde humana, tudo isso sem competir por terras agrícolas.
“Daqui a cem ou duzentos anos, nossa agricultura será muito diferente”, afirma Jinkerson.
“Seremos capazes de produzir alimentos em ambientes altamente controlados, e isso será muito mais sustentável. Por exemplo, poderemos produzir apenas a parte que consumimos, sem precisar cultivar a planta inteira.”
Parece ambicioso. Mas, pensando bem, praticamente toda inovação que hoje consideramos comum começou como uma aposta extremamente ousada.
Publicada originalmente em Forbes EUA
