Pianeta rosso, pollice verde

Aggiornato il 25 Maggio 2024

Articolo scritto da Lorenzo Macrì, Giuseppe Lillo, Michael Berardi, Marika Daraio, Alessandro Mandurino a conclusione del progetto “Pollice verde, Pianeta rosso”, ideato e realizzato nel 2023/2024 dal professore Massimo Iavernaro.
Gli studenti che hanno partecipato al progetto sono (in ordine alfabetico): Michael Berardi; Simone Caputo; Marika Daraio; Giuseppe Lillo; Lorenzo Macrì; Alessandro Mandurino; Roberto Nuzzo; Roberta Sasanelli; Eleonora Scarano.

I protagonisti del progetto “Pianeta rosso, pollice verde”: in ultima fila a sinistrail Prof. Massimo Iavernaro. A partire dalla sua sinistra in alto e in senso orario: Lorenzo Macrì; Giuseppe Lillo; Michael Berardi; Roberta Sasanelli; Marika Daraio; Eleonora Scarano; Simone Caputo; Roberto Nuzzo; Alessandro Mandurino.

Introduzione

Le missioni spaziali stanno guardando sempre più verso Marte, un pianeta che presenta sfide enormi per la vita come la conosciamo. Una di queste sfide è come potremmo coltivare cibo su Marte, una questione fondamentale per la sostenibilità delle future missioni di colonizzazione.

Creazione del Simulante Marziano

Per il nostro esperimento, abbiamo creato un simulante, chiamato MSP-1 (Mars Simulant for Plants), che mira a replicare le caratteristiche mineralogiche della regolite marziana. Il simulante MSP-1 contiene principalmente basalto, costituito da una varietà di minerali.

Selezione delle Piante

Nella scelta delle piante da coltivare, abbiamo preferito quelle con un ciclo colturale breve, taglia ridotta, resistenza alle malattie, alta produttività, e un elevato contenuto energetico e/o proteico e/o di antiossidanti. Abbiamo condotto prove di germinazione e crescita con una varietà di piante che fanno normalmente parte della dieta umana. Tra tutte queste piante, le leguminose, e in particolare la comune fava (Vicia faba maior), ha dimostrato di essere particolarmente adatta per il nostro esperimento per la sua capacità di fissare l’azoto, la sua crescita rapida e la forma delle sue foglie che facilita la misurazione della superficie fogliare.

Costruzione della Camera di Crescita

Abbiamo costruito una camera di crescita con pareti isolanti, ricoperte internamente con una pellicola riflettente. La camera era dotata di sensori di temperatura e umidità e due aperture per il riciclo dell’aria. Per mantenere la temperatura intorno ai 20°C, è stato utilizzato un cavo riscaldante disposto a serpentina sul piano di appoggio per i vasi.
L’impianto di illuminazione artificiale è costituito da quattro tubi a LED a spettro completo e fissati con cricchetti a corda regolabile per poter variare la distanza dalle piante.
Abbiamo utilizzato 40 vasi, ognuno riempito con 300 g di simulante sterilizzato. Per ogni vaso, abbiamo inserito verticalmente un seme di fava e l’abbiamo innaffiato con acqua demineralizzata per imitare l’acqua potenzialmente estraibile dalla superficie di Marte.

Dalla semina fino alla germinazione, abbiamo innaffiato le piante ogni due o tre giorni a seconda del tasso di evaporazione. Dopo l’apertura delle prime foglie, abbiamo innaffiato una volta al giorno fino alla fine dell’esperimento. L’illuminazione artificiale è stata attivata quando le piantine hanno assunto la posizione eretta, per un ciclo giorno:notte di 16:8 ore.

Discussione e risultati

Dal confronto dei parametri di crescita delle piante campione nel simulante e nel terreno di campo, si riscontra una evidente differenza nello sviluppo generale a causa dello squilibrio nutrizionale del simulante.
Sia nel simulante che nel terreno di campo, dopo la germinazione, la pianta della fava utilizza le riserve del seme per 8-12 giorni, per poi diventare dipendente dai nutrienti del substrato.
Nel simulante, le piante sono cresciute rapidamente forse a causa dell’ambiente semi-controllato, ma la crescita in altezza è limitata e la biomassa è ridotta, conseguenza della ridotta area fogliare totale, che porta a una riduzione del tasso di raccolta della luce e alla conseguente riduzione della fotosintesi. Questo è dovuto alla carenza di nutrienti come l’azoto. Invece, nel terreno di campo, ricco di nutrienti e sostanza organica, la crescita è più lenta, ma le piante si sviluppano in modo completo e rigoglioso. Questo sottolinea l’importanza delle condizioni ambientali e dei nutrienti per la crescita delle piante. Le piante del terreno di campo hanno avuto una crescita sana e robusta fino a raggiungere una fioritura abbondante, molto scarsa invece per le piante del simulante MSP-1.
La pianta del simulante ha avuto una crescita della superficie fogliare minore di quella del terreno di campo, forse in relazione alla disponibilità di nutrienti, per una limitazione della fotosintesi dovuta alla bassa concentrazione di ossigeno o a un’illuminazione artificiale non ottimale nella camera di crescita. Questo suggerisce che le condizioni del terreno di campo potrebbero essere più favorevoli per la crescita delle foglie rispetto al simulante.
Dopo 40 – 50 giorni dalla germinazione, le foglie inferiori della pianta campione nel simulante, sono ingiallite con necrosi del margine fogliare, sintomi di un ridotto assorbimento di calcio a causa di stress salino e metallico.

I risultati del nostro esperimento hanno mostrato che la germinazione, la crescita in altezza, la variazione della superficie fogliare e la sostanza secca delle piante erano generalmente inferiori nel simulante rispetto al terreno di campo in ambiente naturale. Diversi studi hanno dimostrato che i simulanti della regolite di Marte sono in grado di supportare la crescita di un’ampia gamma di piante.

Conclusioni

La nostra ricerca mette in luce le sfide significative associate alla coltivazione di piante su Marte, un ambiente molto diverso da quello terrestre. L’esperimento con la fava ha dimostrato che, sebbene sia possibile far germinare e crescere le piante in un simulante di regolite marziana, la crescita è generalmente inferiore rispetto a quella in terreno naturale. Questi risultati sottolineano l’importanza di sviluppare strategie per migliorare la fertilità del simulante, al fine di ottenere risultati migliori in futuri esperimenti. Questo potrebbe includere l’aggiunta di nutrienti al terreno, l’inoculo di microrganismi caratteristici della rizosfera e l’aggiunta di sostanza organica. La coltivazione di piante su Marte non sarà solo una questione di superare sfide tecniche. Richiederà anche un approccio olistico che tenga conto delle implicazioni etiche, sociali e psicologiche della vita su un altro pianeta. Questo approccio olistico sarà fondamentale per garantire non solo la sopravvivenza, ma anche il benessere dei futuri coloni marziani.