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Come la Stazione Spaziale Internazionale testa organismi, materiali nello spazio

Come la Stazione Spaziale Internazionale testa organismi, materiali nello spazio

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Lo spazio può sembrare vuoto, ma contiene temperature estreme, alti livelli di radiazione di fondo, micrometeoroidi e l’abbagliamento non filtrato del Sole

https://www.nature.com/articles/s41598-022-12631-5

NASA/JOHNSON SPACE CENTER

IMMAGINE: HARDWARE DI VOLO EXPOSE-R2 CON CELLULE ESSICCATE DI CHROOCOCCHIDIOPSIS SP. 029 MESCOLATO CON L’ANALOGO DELLA REGOLITE MARZIANA PER SIMULARE CONDIZIONI SIMILI A MARTE PER L’ESPERIMENTO BIOMEX SULLA RISPOSTA ALLO SPAZIO DI FUNGHI CONTENENTI MELANINA. DOPO L’ESPOSIZIONE, LE CELLULE SONO STATE RIPORTATE SULLA TERRA E REIDRATATE PER IL SEQUENZIAMENTO DEL DNA.

Lo spazio può sembrare vuoto, ma contiene temperature estreme, alti livelli di radiazione di fondo, micrometeoroidi e l’abbagliamento non filtrato del Sole. Inoltre, i materiali e le apparecchiature all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale sono esposti all’ossigeno atomico (AO) e ad altre particelle cariche mentre orbita attorno alla Terra all’estremità della nostra atmosfera. Solo i materiali, le attrezzature e gli organismi più resistenti possono resistere a questo ambiente ostile e gli scienziati che conducono ricerche sul laboratorio orbitante ne hanno identificati alcuni per una varietà di potenziali usi.

“Ci sono modi per testare i vari componenti dell’esposizione spaziale individualmente a terra, ma l’unico modo per ottenere l’effetto combinato di tutti loro allo stesso tempo è in orbita”, afferma Mark Shumbera di Aegis Aerospace, che possiede e gestisce la MISSE Flight Facility (MISSE-FF), una piattaforma per studi sull’esposizione spaziale in stazione. “Questo è importante perché gli effetti combinati possono essere molto diversi da quelli individuali”.

Le missioni vengono lanciate ogni sei mesi per MISSE-FF, che è sponsorizzato dall’ISS National Lab.  Gli esperimenti sono iniziati quando la piattaforma è stata installata nel 2018 e continueranno per tutta la vita della stazione spaziale, afferma Shumbera. Una precedente struttura MISSE operativa dal 2001 al 2016 ha ospitato i primi esperimenti di esposizione basati su stazioni.

Alcune di queste missioni aiutano i ricercatori a capire come le nuove tecnologie reagiscono all’ambiente spaziale. “Prima di utilizzare una tecnologia su un satellite o un veicolo operativo, vuoi avere la certezza che funzionerà nel modo in cui pensi che farà nell’ambiente spaziale”, afferma.

MISSE-FF dispone di fotocamere ad alta definizione che scattano foto periodiche di tutti gli oggetti sui suoi deck di esposizione e sensori per registrare condizioni ambientali come temperatura, radiazioni ed esposizione ai raggi UV e AO. Tutti gli articoli di prova vengono riportati a terra anche per l’analisi post-volo.

Gli scienziati della NASA hanno effettuato più missioni sul MISSE-FF per analizzare gli effetti dell’ossigeno atomico e delle radiazioni su centinaia di campioni e dispositivi.

MISSE-9, ad esempio, ha valutato come polimeri, compositi e rivestimenti hanno gestito l’esposizione allo spazio. Per questa e altre missioni MISSE, Kim de Groh, ingegnere ricercatore sui materiali senior presso il Glenn Research Center della NASA a Cleveland, testa due effetti primari del degrado ambientale. Il primo è la velocità con cui un materiale si erode a causa dell’interazione AO. Misura la perdita di massa nei materiali esposti nello spazio e usa queste informazioni per calcolare i valori di resa dell’erosione AO. Questi valori aiutano i progettisti di veicoli spaziali a determinare se i materiali specifici sono adatti all’uso e lo spessore di tali materiali.

I materiali utilizzati come isolamento dei veicoli spaziali possono diventare fragili nello spazio a causa delle radiazioni e dei cicli di temperatura in orbita. Questo infragilimento può creare crepe e causare problemi come il surriscaldamento di un componente del veicolo spaziale. De Groh testa anche la durabilità di diversi materiali per trovare quelli che resistono alla fragilità.

“La situazione ideale è esporre effettivamente i campioni allo spazio, per sperimentare tutte le condizioni ambientali difficili allo stesso tempo”, afferma de Groh.

La struttura EXPOSE-R-2  dell’ESA (Agenzia spaziale europea) è un’altra piattaforma che offre agli scienziati l’opportunità di testare campioni nello spazio. Le indagini dell’ESA che hanno utilizzato la struttura includono BOSSe BIOMEX , che hanno esposto biofilm, biomolecole ed estremofili allo spazio e a condizioni simili a quelle di Marte. Gli estremofili sono organismi che possono vivere in condizioni intollerabili o addirittura letali per la maggior parte delle forme di vita.

Aumentare l’autonomia è fondamentale per le future missioni che viaggiano più lontano dalla Terra e non possono fare affidamento su missioni di rifornimento. I microrganismi che tollerano condizioni estreme hanno potenziali usi nei sistemi di supporto vitale per tali missioni, secondo Daniela Billi, professoressa nel dipartimento di biologia dell’Università di Roma Tor Vergata e ricercatrice per BOSS e BIOMEX. Ad esempio, i cianobatteri possono utilizzare le risorse disponibili per fissare il carbonio (convertire l’anidride carbonica atmosferica in carboidrati) e produrre ossigeno.

Durante l’esposizione sulla stazione spaziale, le cellule essiccate della  Croocccidiopsis  hanno ricevuto una dose di radiazioni ionizzanti equivalente a un viaggio su Marte. La loro risposta suggerisce che i batteri potrebbero essere trasportati sul pianeta e reidratati su richiesta. Le cellule essiccate sono state anche mescolate con un simulante di regolite o polvere marziana e hanno ricevuto una dose UV corrispondente a circa 4 ore di esposizione sulla superficie marziana.

“Lo scopo di questo studio era verificare se questo cianobatterio potesse riparare i danni al DNA accumulati durante il viaggio su Marte e l’esposizione a condizioni non attenuate di Marte”, afferma Billi.

Risultati pubblicati di recente   suggeriscono che possono: Il sequenziamento del DNA delle cellule reidratate dopo l’esposizione non ha mostrato alcun aumento del tasso di mutazione rispetto ai controlli cresciuti in condizioni terrestri. Questo risultato aumenta il potenziale per l’utilizzo di questo organismo per impiegare le risorse disponibili in loco a sostegno degli insediamenti umani.

Un’altra indagine che utilizzava la struttura EXPOSE-R-2 ha trovato segni di vita nei funghi contenenti melanina dopo 16 mesi di esposizione allo spazio. Il pigmento di melanina fungina sembra svolgere un ruolo nella resistenza cellulare a condizioni estreme, comprese le radiazioni, e potrebbe avere un potenziale per l’uso come protezione dalle radiazioni in future missioni nello spazio profondo. Nell’esperimento, uno strato sottile di un ceppo di fungo melanizzato ha ridotto i livelli di radiazione di quasi il 2% e potenzialmente fino al 5%.

Oltre ai funghi, i ricercatori hanno utilizzato la piattaforma ESA per esporre nello spazio le fasi di riposo di circa 40 specie di animali e piante multicellulari per l’indagine EXPOSE-R IBMP. I risultati  hanno mostrato  che molti di questi organismi sono rimasti vitali e hanno persino completato i cicli di vita e la riproduzione per diverse generazioni, suggerendo che futuri viaggi su altri pianeti potrebbero portare con sé forme di vita terrestre da utilizzare nei sistemi ecologici di supporto vitale e per creare ecosistemi artificiali.

Mentre gli umani esplorano più lontano nello spazio e vi rimangono più a lungo, i test eseguiti sulle piattaforme di esposizione della stazione spaziale aiutano a garantire che i materiali e i sistemi che portano con sé siano pronti per il viaggio.