Ecosistemas artificiales: avanzando hacia la colonización espacial

Cuando se habla del futuro de nuestra especie frente a potenciales desastres que hagan inhabitable este planeta, es frecuente oír que lo complicado será encontrar otro planeta que habitar y poder llegar hasta él, como si el reto fuera meramente físico o técnico. Incluso en la ciencia ficción (a la que dedicaré futuras publicaciones) nos solemos encontrar con argumentos que versan sobre la dificultad de encontrar y alcanzar otros planetas potencialmente habitables, pero luego presentan la parte biológica con la sencillez de liberar allí algunas algas, llevar cigotos humanos en hibernación o algo similar, y con eso ya se coloniza el planeta. Lo cual viene a ser como decir que para entrar en el interior de un agujero negro lo que necesitamos es buscar la puerta.

Aunque no puedo hablar de la complejidad física y técnica que tiene alcanzar otro planeta, los logros en esos campos sugieren que esa problemática sería lo de menos en comparación con la dificultad de establecer ecosistemas artificiales que permitan nuestro sustento.

La actual inviabilidad de ecosistemas en el espacio a largo plazo

Como ya expliqué en la publicación sobre los ecosistemas, la vida solo puede existir englobada en ecosistemas. Cuando mandamos una misión espacial con tripulantes, estos constituyen un pequeño ecosistema en el interior de su nave, pero este ecosistema no es sostenible, sino perecedero. Únicamente se sustenta de las provisiones que lleva desde la Tierra, y tarde o temprano tiene que volver a este planeta o bien recibir abastecimiento (como sucede con la Estación Espacial Internacional). Pero no existen ecosistemas “creados” por el ser humano que sean funcionales de manera ilimitada, como lo son los ecosistemas en nuestro planeta. Y pongo lo de “creados” entre comillas porque en todo caso aspiramos a construirlos juntando elementos ya existentes, tal como son en la naturaleza o ligeramente modificados. Pero no me desviaré ahora con estos matices.

Bien es cierto que en nuestro planeta los ecosistemas se degradan, desaparecen unos, cambian, son reemplazados por otros… pero, como decían en la película Jurassic Park, “la vida se abre camino”, y donde desaparece un ecosistema siempre surge otro para que la vida ahí siga funcionando. Esto lo explico más en detalle en mi entrada sobre la sucesión ecológica. Pero si mandamos al espacio un ecosistema, incluso aunque queramos montar invernaderos y otras estructuras para albergar más vida (y con ella mayor complejidad y posibilidades) en estaciones espaciales, al final, sin contacto con la Tierra, todo quedaría reducido a casi nada. Acabarían muriendo todos los macroorganismos, sobreviviendo solo los microorganismos más resistentes, que finalmente también desaparecerían o como mucho quedarían en estado latente con mecanismos como la formación de esporas. Y en tal situación dejaría de haber un ecosistema, y no funcionaría la vida.

La búsqueda de planetas habitables

Tenemos claro que para este objetivo necesitamos un sustrato planetario (o en general de un astro, si queremos considerar posibles lunas habitables), puesto que necesitamos ecosistemas amplios y complejos que nos sustenten de forma sostenible e ilimitada; y en estos la vida, además del espacio físico, necesita interaccionar con él (tal como expliqué en la entrada sobre ecosistemas), con su mineralogía y sus condiciones ambientales, que también entretejen la realidad de los ecosistemas. Por ello buscamos astros que reúnan las condiciones para albergar vida; por un lado por la curiosidad de descubrir si acaso ya la tienen, y por otro lado, como potenciales objetivos a colonizar. En caso de estar muy lejanos, las opciones de llegar a ellos se reducen, aunque siempre que sea físicamente posible alcanzarlos con un objeto lanzado desde la Tierra, podríamos considerar enviar vida de cualquier tipo para que se desarrolle allí.

Las condiciones que deben reunir estos planetas son varias, al menos para ser habitables para un tipo de vida como el que existe en nuestro planeta (la única que conocemos por ahora). Dado que es muy probable que de existir vida extraterrestre esta tenga una composición bioquímica parecida a la nuestra, también basada en el carbono y el agua, asumimos que la presencia de agua líquida y de elementos que puedan generar moléculas de carbono son características prioritarias para albergar vida, así como la presencia de alguna fuente de energía, además de otras características astrofísicas.

Estas condiciones, de encontrarse en algún planeta cercano y alcanzable, pueden valer para encontrar allí vida, o para que llevemos vida y esta salga adelante. Pero no bastan para establecer allí una colonia humana con expectativas de sostenibilidad independiente. Habría muchos impedimentos, como la necesidad de un gran autoabastecimiento para que la colonia tuviese tamaño suficiente para evitar endogamia por el efecto de cuello de botella; también sería un problema la necesidad de hacer crecer ecosistemas en poco tiempo, y partiendo de un estado inicial de la sucesión primaria que no es tan fácil de acelerar (porque llevar los ecosistemas “montados” tampoco es una opción, es impensable llevarse un bosque entero; ya solo con las semillas y la fauna se necesitaría un espacio inmenso en la nave).

Si mandamos algunos microorganismos a un planeta apto para contener vida, es posible que estos se desarrollen y lo conviertan en un planeta habitable para macroorganismos. Pero eso podría durar millones de años, y no habría ninguna garantía de que generasen unas condiciones adecuadas para los organismos que existimos concretamente en la Tierra; la evolución podría seguir otros caminos, incluyendo generar una atmósfera totalmente diferente, en la que sobrevivirían los organismos que evolucionen allí pero no nosotros. Si realmente esperamos que nuestra especie (o sus descendientes evolucionados hacia nuevas especies humanas) se establezca en otro planeta, necesitaremos conocer en gran profundidad los procesos ecosistémicos, y cómo alterarlos para lograr que se desarrollen ecosistemas sostenibles adaptados a nuestras necesidades en períodos de tiempo muy cortos.

Experimentos para construir ecosistemas

Ya ha habido experimentos para lograr ecosistemas estables que sostengan a una tripulación, como fue el proyecto Biosfera 2, una estructura de 1’27 hectáreas construida en Arizona (EEUU) para contener en un entorno cerrado ecosistemas diseñados artificialmente. En su interior se dispuso una selva de 1900m2, un océano de 850m2 con un arrecife de coral, un manglar de 450m2, una sabana de 1300m2, un desierto de 1400m2, y 2500m2 de tierras cultivables.

Instalaciones del proyecto Biosfera 2.

En la primera misión 8 personas estuvieron durante 2 años encerradas en el interior de Biosfera 2. Tuvieron importantes problemas, como escasez de alimentos, decrecimiento en la concentración de oxígeno, variación incontrolable de las concentraciones de dióxido de carbono, y muertes en masa de vertebrados y polinizadores. Tuvieron que recibir suministros de oxígeno desde el exterior para poder durar tanto tiempo. Pero estaba claro que el sistema era insostenible a largo plazo. Hubo una segunda misión que solo duró unos meses. En definitiva, aunque fue un experimento muy importante que nos aportó valiosos conocimientos, por ahora los intentos para lograr construir ecosistemas estables han sido rotundos fracasos.

Es casi imposible lograr desarrollar ecosistemas que sean productivos, y estables tanto en sus componentes biológicos como en los flujos de gases, que tienden a descontrolarse en ecosistemas aislados. Sabemos que a escala planetaria el equilibrio de gases y su relación con los ecosistemas es crucial para la vida, y además es peligrosamente sensible a ciertas alteraciones, con lo que en ecosistemas cerrados y mucho más pequeños su fragilidad se vuelve extrema.

Ecosfera

Existen unos pequeños ecosistemas artificiales que se comercializan con el nombre de ecosferas, que surgieron precisamente a raíz de las investigaciones llevadas a cabo con el proyecto Biosfera 2. Consisten en esferas de vidrio que contienen en su interior un pequeño y sencillo ecosistema acuático, compuesto por algas microscópicas como productores, camarones como consumidores, y bacterias que se encargan de la descomposición, cerrando el ciclo y devolviendo nutrientes a las algas. El sistema funciona mientras se mantengan unas condiciones adecuadas de temperatura e iluminación, y dependiendo del volumen de la esfera esta durará más o menos años. Duran mucho para ser ecosistemas tan pequeños, pero en ellos los camarones no consiguen reproducirse, o las pocas veces que lo consiguen las crías no sobreviven lo suficiente; y cualquier alteración puede desestabilizar el ecosistema y llevarlo al colapso. Es algo llamativo, pero está muy lejos de los grandes proyectos de colonización espacial.

La necesidad de avanzar en la investigación en ecología

De hecho lograr tal hazaña sería casi producto de la casualidad, pues si es tan complicado desarrollar ecosistemas artificiales es porque difícilmente podremos lograrlo mientras nuestro conocimiento del funcionamiento de los ecosistemas naturales sea tan incompleto. Es mucho lo que aún desconocemos sobre los procesos ecológicos, pero es que encima todavía hay mucho que desconocemos incluso sobre los elementos biológicos de los ecosistemas. Existen muchas especies sin descubrir o catalogar, sobre todo entre los microorganismos, cuyo papel en los ecosistemas es el más fundamental. Se ha descrito ya la mayor parte de las especies de vertebrados y de las plantas vasculares, pero solo se ha descrito una pequeña parte de los insectos, y poco más del 1% de las bacterias y las arqueas (más información en este enlace).

Conocer la gran variedad de microorganismos es tan complicado porque no resulta fácil cultivarlos todos en laboratorio, y hasta hace poco era necesario su cultivo para poder aislar una variedad y catalogarla como especie, con lo que solo se conocían aquellas especies que conseguimos cultivar en las condiciones a las que las sometemos, pese a que se emplean gran variedad de medios de cultivo y condiciones. Hoy en día se emplean ya métodos más potentes para la clasificación de microorganismos, como es la metagenómica, pero es un procedimiento caro y aún falta mucho por catalogar. Esa es una de las muchas dificultades que hay para llegar a conocer toda la diversidad biológica presente en los ecosistemas.

Y dado que solo conocemos y comprendemos en parte los procesos que tienen lugar entre una parte del total de elementos presentes en los ecosistemas, llegar a desarrollar ecosistemas que funcionen con la misma eficacia y mantengan el mismo equilibrio dinámico es, a día de hoy, un proyecto fuera de nuestro alcance.

En resumen, la investigación en ecología puede acercarnos a los conocimientos necesarios para esos ambiciosos objetivos, pero todavía solo conseguimos generar ecosistemas poco productivos, inestables y poco duraderos, que tienden a degenerar presentando problemas graves como la descompensación de gases. Esto es debido al incompleto conocimiento de los ecosistemas naturales, y al desconocimiento de muchos organismos y de procesos ecológicos.

Biosfera 2

Quizá algún día lleguemos a lograrlo, pero por ahora, en los grandes proyectos de colonización espacial la necesidad de más conocimientos en ecología sigue siendo uno de los principales obstáculos. No deja de ser una de las maravillas de la ciencia que siempre haya muchas preguntas por responder, y además que si invertimos en investigarlas las respuestas nos abrirán caminos hacia nuevas fronteras.

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