Oggi, giovedì 3 giugno, alle 13:29 ora locale negli Usa (le 19:29 qui in Italia), dal Kennedy space center, in Florida, è stata lanciata SpaceX Crs-22, la missione del progetto Nasa Commercial Resupply Services che in queste ore sta portando a bordo della Stazione spaziale internazionale (Iss) oltre tre tonnellate di carico utile.
La capsula cargo dragon. Crediti: SpaceX
Oltre a rifornimenti per gli attuali abitanti della stazione spaziale (i membri della missione Expedition 65), a componenti hardware (inclusi nuovi pannelli solari) e a equipaggiamento per le attività extra-veicolari, una trentina di grammi del carico stivato all’interno della capsula Cargo Dragon di SpaceX è costituito da diverse specie animali e vegetali: circa un centinaio di cuccioli di calamaro delle Hawaii (128 per l’esattezza), 5000 tardigradi – i famosi microscopici animaletti invertebrati campioni di sopravvivenza – e due specie di piante: Arabidopsis thaliana e Gossypium hirsutum, la pianta del cotone. Tutti organismi che verranno utilizzati per esperimenti di biologia.
L’esperimento che utilizzerà come modello animale Euprymna scolopes, conosciuto appunto anche come calamaro delle Hawaii, si chiama Umami: il suo obiettivo, come suggerisce l’acronimo (Understanding of Microgravity on Animal-Microbe Interactions), è quello di comprendere gli effetti del volo spaziale sulle interazioni molecolari e chimiche tra i microbi e i loro ospiti animali.
Piccoli individui di Euprymna scolopes, la specie di calamari utilizzati nell’esperimento Umami. Crediti: Dr. Jamie Foster
Il ruolo della gravità nel plasmare queste interazioni non è infatti ben compreso e la microgravità offre l’opportunità di migliorare tale comprensione. Lo studio sfrutta il rapporto simbiotico tra la specie di calamaro e Vibrio fischeri, un batterio bioluminescente: la luce emessa da questi microbi nasconde – “cancellandone” l’ombra – la sagoma dei piccoli calamari, che ricambiano il favore fornendo nutrienti ai batteri. Grazie a questi esperimenti, traslandone i risultati, potremo meglio comprendere, ad esempio, gli effetti che l’ambiente spaziale ha sul rapporto tra microbiota intestinale e noi umani, in particolare sulle oltre duemila specie batteriche “buone” identificate nel nostro tratto digerente. La domanda alla quale si vuole rispondere è dunque: cosa succede alle specie che convivono traendone un reciproco beneficio quando si trovano in condizioni di microgravità? I risultati di questo studio potrebbero così migliorare la comprensione della fisiologia umana nell’ambiente spaziale.
«Gli animali, compresi noi esseri umani, si affidano ai microbi per mantenere un sistema digestivo e immunitario sano», dice Jamie Foster, principal investigator dell’esperimento Umami. «Non comprendiamo appieno come il volo spaziale alteri queste interazioni benefiche. L’esperimento Umami utilizza i calamari bioluminescenti per affrontare questa questione in materia di salute degli animali».
Un esemplare di tardigrado della specie Hypsibius exemplaris, utilizzata nell’esperimento Cell Science-04 per identificare i geni responsabili della loro capacità di sopravvivere in ambienti estremi. Crediti: Tagide deCarvalho
L’altro esperimento si chiama Cell Science-04 e utilizza i tardigradi come modello per individuare i geni coinvolti nella loro straordinaria capacità di adattamento e sopravvivenza in condizioni di stress. I tardigradi sono infatti il modello di riferimento utilizzato per studiare la sopravvivenza in ambienti estremi sulla Terra e nello spazio. Sono stati collocati un po’ ovunque, e sono sopravvissuti all’esposizione a temperature estreme, pressioni estreme, a radiazioni, a disidratazione e a digiuno prolungato. Recente è l’esperimento in cui questi tenacissimi esserini sono stati letteralmente sparati contro bersagli di sabbia, sopravvivendo a impatti fino a 2970 km/h. Come ci riescono? Questo è ciò che gli scienziati indagheranno cercando di identificare i geni responsabili. Per farlo utilizzeranno l’Rna interference, una tecnica che impiega molecole di Rna interferenti, chiamate small interfering Rna (siRna), per spegnere l’espressione di un gene e studiare così direttamente il suo eventuale ruolo nella resistenza del microscopico animale duro a morire. I risultati di questo studio sono utili alla comprensione dei fattori di stress degli esseri umani nell’ambiente spaziale e all’identificazione di contromisure per proteggere gli astronauti nelle missioni spaziali di lunga durata.
«Il volo spaziale può essere un ambiente che mette a dura prova gli organismi, compresi gli esseri umani, che si sono evoluti alle condizioni sulla Terra», dice il principal investigator dell’esperimento, Thomas Boothby. «Una delle cose vogliamo comprendere è come i tardigradi riescono a sopravvivere e riprodursi in questi ambienti. Ci piacerebbe anche imparare qualcosa sui trucchi che usano e adattarli per salvaguardare gli astronauti».
Piantine di Arabidopsis thaliana all’interno del Vegetable Production System. Crediti: Nasa
Come già anticipato, il carico della missione comprende anche due specie vegetali. Una di queste è Arabidopsis thaliana, una pianta molto utilizzata come organismo modello negli studi scienze vegetali. Nell’esperimento Advanced Plant Experiment-07 gli astronauti della Iss esamineranno come i cambiamenti nella gravità e altri fattori ambientali associati al volo spaziale influenzano l’espressione dei geni nelle cellule delle radici e dei germogli della pianta. La ricerca mira in particolare a comprendere come il volo spaziale modifichi la regolazione post-trascrizionale dei suoi geni, affrontando questioni fondamentali riguardanti l’adattamento a tali condizioni.
In orbita, le piante verranno coltivate per 12 giorni in due piccole serre chiamate Vegetable Production System (Veggie). Dopo di che l’equipaggio le raccoglierà e le conserverà a temperatura ultra bassa, fino a quando i campioni non saranno riportati sulla terra per le analisi genomiche da parte del team.
Anche l’esperimento Biological Research In Canisters-24 utilizzerà Arabidopsis thaliana, ma qui l’obiettivo non è studiare l’adattamento delle piante al volo spaziale, bensì identificare i meccanismi molecolari che mediano la loro percezione della gravità, avviando percorsi di trasduzione del segnale che consentono la flessione degli organi vegetali in risposta al gravitropismo. In particolare, la ricerca mira a identificare quali organelli all’interno delle cellule vegetali vengono utilizzati per aiutare la pianta a percepire la gravità e come questi componenti intracellulari rispondono a questa condizione.
Vista al microscopio di una piccola regione delle radici di Arabidopsis thaliana, che aiuterà gli scienziati a comprendere il coinvolgimento degli organelli chiamati vacuoli nella risposta della pianta alla microgravità. Crediti: Dr. Mengying Wang/North Carolina State University
«Con i due esperimenti sulle piante ci stiamo sforzando di comprendere quali elementi le piante usano per adattarsi a un ambiente diverso e più stressante», spiega Sharmila Bhattacharya, scienziata della divisione di scienze biologiche e fisiche della Nasa. «Ciò potrebbe potenzialmente portare non solo a una crescita più robusta di piante commestibili per i nostri astronauti, ma potrebbe anche aiutarci a sviluppare piante in grado di resistere qui sulla Terra ai cambiamenti climatici».
L’altra specie vegetale che ha preso il volo verso la Iss è Gossypium hirsutum, ovvero una delle specie di pianta da cotone, utilizzata per l’esperimento Targeting Improved Cotton Through On-orbit Cultivation, un’indagine che mira studiare come la struttura del sistema radicale influenzi la resilienza delle piante, l’efficienza nell’uso dell’acqua e l’approvvigionamento di fonti di carbonio subito dopo la semina.
«Speriamo di rivelare le caratteristiche della formazione del sistema radicale. Caratteristiche che possono essere utilizzate da coltivatori e scienziati per migliorare la resistenza alla siccità o l’assorbimento di nutrienti, entrambi fattori chiave dell’impatto ambientale dell’agricoltura moderna», commenta il principal investigator Simon Gilroy. Una migliore comprensione del sistema radicale della pianta e dell’espressione genica associata potrebbe consentire lo sviluppo di piante di cotone più robuste e ridurre l’uso di acqua e pesticidi».
Quelli fin qui descritti non sono gli unici esperimenti che verranno condotti sulla Iss. Altri includono includono la valutazione dell’efficacia del Butterfly IQ Ultrasound, un ecografo portatile approvato dalla Fda con potenziali applicazioni per l’assistenza medica in ambienti remoti e isolati sulla Terra. L’esperimento Pilote, un’indagine dell’Esa e del Cnes, volta a studiare il funzionamento di bracci robotici e veicoli spaziali utilizzando la realtà virtuale e interfacce basate sull’aptica, la tecnologia che permette di manovrare un robot e di riceverne stimoli tattili in risposta al movimento. E ancora Kidney Cells-02, un esperimento che utilizza un modello 3D di cellule renali, organ-on-chip, per studiare gli effetti della microgravità sulla formazione dei microcristalli responsabili dei calcoli renali. Un problema, questo, rispetto al quale alcuni astronauti hanno mostrano una maggiore suscettibilità durante il volo, cosa che potrebbe influire sulla loro salute e sul successo della missione.
Se tutto andrà come previsto, il prezioso carico scientifico arriverà a destinazione intorno alle 11 ora italiana di sabato 5 giugno, con la capsula Dragon che attraccherà autonomamente al suo modulo Harmony. Solo allora inizierà la fase di sperimentazione vera e propria. Sperimentazione che aiuterà non solo a migliorare la vita degli astronauti nel nostro avamposto nello spazio ma anche di noi abitanti della Terra.
Per saperne di più:
- Guarda a questo link la diretta il lancio della missione sul canale YouTube di SpaceX
- Guarda il video della Nasa sulla scienza della Cargo Resupply Mission n. 22: