Agricoltura nello spazio: un ponte tra fantascienza e realtà nel terzo millennio
di Giacomo Pietramellara
- 14 September 2011
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Le sfide che l’agricoltura dovrà affrontare in questo primo secolo del terzo millennio sono certamente molte e tra queste la più importante, per non dire vitale, da vincere è senza dubbio legata alle previsioni di incremento della popolazione umana ed alla necessità di soddisfacimento delle richieste alimentari. Sfida resa più ardua dai fenomeni tipici dell’antropocene quali il cambiamento climatico e l’inquinamento di aria, acqua e suolo, e l’approvvigionamento energetico. Ma un’altra sfida di estremo interesse, per non dire affascinante dal punto di vista scientifico, ed in parte legata alle problematiche di incremento demografico è certamente quella della colonizzazione di pianeti extraterrestri quali, nelle previsioni, Luna e Marte. Tale progetto prevede come condizione necessaria, anche se non sufficiente, l’attivazione di una nuova tipologia di agricoltura, definita space farming alla cui realizzazione tutte le discipline biologiche afferenti al settore agrario, assieme ad altre di tipo ingegneristico, dovranno fornire un contributo determinante.
Il grande numero di tematiche che afferiscono allo studio dello space farming rendono tale tematica una vera "palestra delle scienze biologiche" che finalizza gli studi sulla funzionalità dei suoli estremi e sugli accorgimenti da considerare nella attivazione e mantenimento dei principali cicli dei nutrienti nel suolo per creare e mantenere la fertilità dei suoli. In questo senso gli studi sulle prime fasi di evoluzione dei suoli periglaciali sono di estremo interesse per capire come attivare il processo grazie ai microrganismi fotosintetizzanti come primi produttori di carbonio organico ed attivatori del ciclo del carbonio nel suolo e sui meccanismi di adattamento delle comunità microbiche a condizioni ambientali estreme come temperature estremamente basse, vedi ice nucleating bacteria, scarsa disponibilità idrica.
Una ulteriore sfida potrebbe essere rappresentata dalla presenza in concentrazioni elevate e facilmente biodisponibili dei metalli pesanti che richiederanno sia l’applicazione di tecniche di rimediazione che l’utilizzo di piante resistenti e/o iperacumulatrici e, se il caso anche la previsione di una successione di piante da pioniere fino a quelle utili per l’alimentazione.
Di interesse risulta essere anche la gestione dei rifiuti delle future basi che attinge agli studi di impatto ambientale e gestione delle discariche ed alle tecniche di smaltimento dei reflui organici, come il bio-compostaggio che, grazie agli studi di caratterizzazione delle comunità micorbiche del suolo con approcci metagenomici e metatrascrittomici, permettono di utilizzare substrati estremamente poveri e di arricchire il compost con plant growth promoting bacteria e antagonisti di eventuali patogeni. Le potenzialità poi di tali studi per la valutazione del grado di deriva genetica delle comunità di organismi in relazione all'isolamento e come gestire tale fenomeno.
Di estremo rilevanza sono gli studi legati all'adattamento delle comunità microbiche alla ridotta gravità con riflessi sulla umidità del suolo e la circolazione della soluzione tellurica. Stesso discorso per le piante con adattamento a stress termici, concentrazione di CO2 concentrazione e di ridotta gravità. Piante che oltre a d essere fonte di alimento assumerebbero anche il ruolo di utilizzatori di CO2, produttori di O2, fitodepuratori di acque reflue ed anche biosensori sia del suolo (per esempio eccesso di sostanze inquinanti ) che della qualità dell'aria.
Un ulteriore aspetto da considerare è dato dal soddisfacimento delle esigenze alimentari, e quindi l’apporto proteico, che possono rendere di estremo interesse gli studi di sfruttamento delle piante geneticamente modificate, dei microrganismi (funghi, batteri ed alghe) come substrato alimentare.
In questa breve e certamente non esaustiva disamina delle difficoltà e delle conseguenti sfide che lo space farming rappresenta per la chimica agraria del futuro, non sono considerate anche le notevoli potenzialità di crescita del settore per la stretta collaborazione che sarà doverosamente richiesta con altre discipline sia biologiche che ingegneristiche ed informatiche.
Il grande numero di tematiche che afferiscono allo studio dello space farming rendono tale tematica una vera "palestra delle scienze biologiche" che finalizza gli studi sulla funzionalità dei suoli estremi e sugli accorgimenti da considerare nella attivazione e mantenimento dei principali cicli dei nutrienti nel suolo per creare e mantenere la fertilità dei suoli. In questo senso gli studi sulle prime fasi di evoluzione dei suoli periglaciali sono di estremo interesse per capire come attivare il processo grazie ai microrganismi fotosintetizzanti come primi produttori di carbonio organico ed attivatori del ciclo del carbonio nel suolo e sui meccanismi di adattamento delle comunità microbiche a condizioni ambientali estreme come temperature estremamente basse, vedi ice nucleating bacteria, scarsa disponibilità idrica.
Una ulteriore sfida potrebbe essere rappresentata dalla presenza in concentrazioni elevate e facilmente biodisponibili dei metalli pesanti che richiederanno sia l’applicazione di tecniche di rimediazione che l’utilizzo di piante resistenti e/o iperacumulatrici e, se il caso anche la previsione di una successione di piante da pioniere fino a quelle utili per l’alimentazione.
Di interesse risulta essere anche la gestione dei rifiuti delle future basi che attinge agli studi di impatto ambientale e gestione delle discariche ed alle tecniche di smaltimento dei reflui organici, come il bio-compostaggio che, grazie agli studi di caratterizzazione delle comunità micorbiche del suolo con approcci metagenomici e metatrascrittomici, permettono di utilizzare substrati estremamente poveri e di arricchire il compost con plant growth promoting bacteria e antagonisti di eventuali patogeni. Le potenzialità poi di tali studi per la valutazione del grado di deriva genetica delle comunità di organismi in relazione all'isolamento e come gestire tale fenomeno.
Di estremo rilevanza sono gli studi legati all'adattamento delle comunità microbiche alla ridotta gravità con riflessi sulla umidità del suolo e la circolazione della soluzione tellurica. Stesso discorso per le piante con adattamento a stress termici, concentrazione di CO2 concentrazione e di ridotta gravità. Piante che oltre a d essere fonte di alimento assumerebbero anche il ruolo di utilizzatori di CO2, produttori di O2, fitodepuratori di acque reflue ed anche biosensori sia del suolo (per esempio eccesso di sostanze inquinanti ) che della qualità dell'aria.
Un ulteriore aspetto da considerare è dato dal soddisfacimento delle esigenze alimentari, e quindi l’apporto proteico, che possono rendere di estremo interesse gli studi di sfruttamento delle piante geneticamente modificate, dei microrganismi (funghi, batteri ed alghe) come substrato alimentare.
In questa breve e certamente non esaustiva disamina delle difficoltà e delle conseguenti sfide che lo space farming rappresenta per la chimica agraria del futuro, non sono considerate anche le notevoli potenzialità di crescita del settore per la stretta collaborazione che sarà doverosamente richiesta con altre discipline sia biologiche che ingegneristiche ed informatiche.
