Botanica spaziale dalla ISS alla Terra

SPECIALE NOVEMBRE – Mille piante germinate e cresciute a bordo della Stazione Spaziale Internazionale sono arrivate, qualche tempo fa, al Dipartimento di botanica dell’Università del Wisconsin-Madison. Ad attenderle il team di Simon Gilroy, botanico, con alle spalle il supporto della NASA. E qualche mese di freezer. Una volta scongelate, le piantine arrivate sulla Terra in piastre Petri (o meglio, il loro RNA) diventeranno le protagoniste di svariati studi scientifici, per esplorare il controllo genetico di quelle proteine che hanno loro permesso di crescere sulla ISS. A gravità zero.

Si tratta, approssimativamente, di nientemeno che 30.000 geni da studiare. Metà delle piante saranno oggetto delle ricerche del laboratorio di Gilroy, che non ha nascosto il suo entusiasmo. “La gravità è una forza straordinariamente pervasiva, che influenza l’intero ambito della biologia. Uno degli astronauti si è reso conto che le piante diventano ‘pigre’ in un ambiente senza gravità. Crescono più allungate e sottili e non depositano materiali resistenti, proprio come succede alle persone che nello spazio perdono massa ossea, perché non gli è necessaria a sostenere il peso del corpo”.

All’UW-Madison’s Biotech Center, intanto, il resto delle piante spaziali andrà incontro a una simile analisi genetica, per poi ricongiungere tutto il materiale analizzato e rilasciarlo, a disposizione di qualsiasi ricercatore al mondo sia interessato a portare avanti un po’ di data mining. Si tratterà di un’enorme banca dati relativa all’attività genetica delle piante in condizioni di microgravità e, secondo Gilroy, di un’enorme opportunità per tutto il mondo della ricerca.

Open source dallo spazio alla Terra

“Avere accesso allo spazio è una cosa molto rara. Solitamente un gruppo di ricerca allestisce un esperimento nello spazio, ottiene dei risultati e poi li pubblica. Ma alla NASA stanno sperimentando un nuovo modello, chiamato geneLAB. Il team di scienziati si occuperà della gestione degli organismi cresciuti nello spazio e a quel punto renderà pubblici i dati grezzi che ha raccolto, a disposizione di chiunque abbia interesse ad analizzarli”, racconta lo scienziato. “Sperano che questo possa accelerare il lavoro di analisi condotto su questi piccoli campioni, quelli che al momento possiamo permetterci di far crescere nello spazio. Vedo questa iniziativa come una scienza open-source”.

Cibo fresco per astronauti

E in tutte queste piantine, che interessi può mai riporre la NASA, acronimo che difficilmente capita di associare alla botanica? In un futuro di viaggi nello spazio, con missioni di esplorazione umana che potrebbero diventare sempre più lunghe, garantire agli astronauti cibo (fresco) e ossigeno rappresenterà un elemento sempre più importante. Ed essere capaci di crescerle e tenerle in vita, queste piante, insomma avere il pollice verde spaziale sulla ISS, rischia di diventare parte integrante dell’addestramento degli astronauti. “Se stai coltivando le piante come parte di un sistema che garantisce la vita umana”, commenta Gilroy, “sarà meglio che tu non le faccia morire all’improvviso”.

Poter disporre di vere e proprie serre nello spazio potrebbe implementare la dieta degli astronauti permettendo loro di coltivare autonomamente vegetali di diversi tipi. E avere di conseguenza a disposizione cibo fresco, oltre ai benefici per la salute che questo comporta, come spiegato tempo fa in un paper su Acta Astronautica. Non si tratta poi solamente di cibo: la presenza di numerose piante e serre potrebbe, in futuro, migliorare la qualità dell’aria all’interno della stazione, oltre che stabilire dei ritmi circadiani negli astronauti, favorendo un ciclo sonno veglia. Nella parte russa della ISS infatti esiste già Lada, il “giardino spaziale” dal quale provengono le piante usate per gli esperimenti.

Genetica e proteine strutturali

In entrambi gli studi condotti sulle piante spaziali, i dati raccolti sull’RNA potranno mostrare quali sono i geni che, in condizioni di microgravità, diventano più o meno attivi. Stabilendo un parallelo con gruppi di piante cresciute invece sulla Terra. Mentre il laboratorio di Gilroy si concentrerà sull’aspetto delle proteine strutturali, il lavoro al geneLAB prevede il confronto con  quattro diverse varianti del genere Arabidopsis, degli ecotipi, ovvero organismi che sono strettamente legati all’ambiente in cui crescono.

“I dati che ne emergeranno apriranno uno spettro di ricerca molto ampio, decisamente più di quanto possa gestire un unico laboratorio da solo”, spiega Gilroy. “Arriveremo ad avere un’enorme mole di dati sulla trascrizione del DNA in RNA. La prima parte del lavoro indagherà i geni più o meno coinvolti, ma c’è un potenziale enorme per future analisi da parte di altri laboratori in tutto il mondo”.

Stress meccanico e future applicazioni

Uno dei elementi che più interessano gli scienziati è comprendere le basi genetiche che determinano un fenomeno noto a chiunque lavori con le piante: quando queste crescono senza l’influenza di stress meccanici, che si tratti di vento, pioggia o altri elementi di disturbo, “sono molto più soggette all’attacco degli insetti infestanti, non sono particolarmente robuste”, spiega Gilroy. “Eppure se ti rechi in una serra e scuoti le piante, noterai che crescono molto più compatte e forti, oltre che resistenti allo stress. Anzi, sono anche più resistenti alle patologie tipiche degli organismi vegetali”.

Questo ha fatto comprendere ai ricercatori che lo stesso sistema di segnalazione che entra in gioco nel rilevamento dello stress meccanico (come la gravità) è coinvolto anche nella difesa delle piante dai patogeni: potrebbe essere questo il motivo per cui, nello spazio, queste sono più suscettibili alle malattie. Ma l’applicazione di scoperte simili arriva direttamente a Terra, speriamo in un futuro non troppo lontano: comprendere a fondo questi meccanismi di segnalazione potrebbe aiutarci nella battaglia senza fine contro le malattie dei vegetali, permettendoci di ottenere coltivazioni più resistenti.

@Eleonoraseeing

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Crediti immagine: NASA