Científicos chilenos trabajan para que plantas se adapten a gravedad y “clima extremo” del espacio

¿Qué tienen en común los estudios de microgravedad en Australia y los desafíos de la producción de fruta en la Región de O’Higgins? Más de lo que pareciera.

Durante una estancia de investigación en la Universidad de Melbourne (Australia), Guillermo Toro del Laboratorio de Fisiología del Estrés del Centro de Estudios Avanzados en Fruticultura (CEAF), trabajó con un enfoque que hoy está en la frontera de la ciencia: desarrollar conocimiento y tecnologías para que las plantas crezcan en condiciones extremas —como en el espacio— y, al mismo tiempo, transformar ese aprendizaje en herramientas concretas para una agricultura más resiliente en la Tierra.

Esta estancia se desarrolló bajo la supervisión de Sigfredo Fuentes, además de un trabajo colaborativo con su grupo de Digital Agriculture, Food and Wine Sciences (DAFW), conformado por Claudia Gonzalez Viejo, Natalie Harris y Arturo Mayorga y también con la participación del ingeniero agrónomo Pablo Félix del Instituto Tecnológico de Monterrey, y en coordinación con el ARC Centre of Excellence in Plants for Space (P4S), una red internacional que integra universidades, agencias espaciales y empresas tecnológicas para diseñar sistemas de producción vegetal eficientes, autónomos y sostenibles.

A la izquierda Sigfredo Fuentes y, a la derecha, Guillermo Toro. Crédito: Cedida

Por qué “plantas para el espacio” importa para Chile

Las misiones espaciales de larga duración —por ejemplo, las programadas hacia la Luna o Marte por el programa Artemis de la NASA— requieren Sistemas de Soporte Vital Bioregenerativo (BLSS), donde las plantas cumplen un rol central: producen alimento fresco y oxígeno, y contribuyen al reciclaje de agua y nutrientes. Pero el desafío no es menor: en ambientes cerrados y con recursos limitados, cualquier falla (estrés hídrico, enfermedad, problemas de ventilación) puede comprometer todo el sistema.

Estos problemas también son frecuentes en la agricultura chilena. La megasequía, el aumento de las temperaturas y los eventos extremos obligan a anticipar el estrés antes de que sea visible. En ese punto, la investigación “Plants for Space” se convierte en un laboratorio de innovación acelerada: “si logramos monitorear y corregir el estado de una planta en condiciones tan estrictas como en un sistema cerrado, podemos hacerlo aún mejor en un huerto o un viñedo”, dice Toro.

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Microgravedad simulada: entender respuestas vegetales en condiciones extremas

Una parte relevante de la estancia consistió en experimentos con un sistema Clinostato de 2D (mini-parcela rotatoria), una herramienta que simula la microgravedad mediante rotación continua.

“Esta aproximación permite estudiar cómo cambian la arquitectura, el crecimiento y la fisiología vegetales al alterar la referencia gravitacional, un componente fundamental en la exploración espacial. Más allá del espacio, estos ensayos ayudan a comprender los mecanismos básicos de adaptación de las plantas a condiciones físicas estresantes y a diseñar protocolos experimentales comparables entre laboratorios” explica Toro.

Según el investigador chileno Sigfredo Fuentes, que hoy vive en Australia, “el solo hecho de pensar en agricultura en el espacio, o en crecer cultivos en microgravedad (otra menor que en la Tierra) es más allá de pensar fuera de la caja; es pensar fuera del planeta. Los problemas que presenta el cambio climático fueron graduales hasta principios del siglo XXI, pero ya hemos perdido mucho tiempo reaccionando”.

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Fenotipado de precisión y modelos basados en IA

Durante la estancia se integraron mediciones fisiológicas con tecnologías de monitoreo no invasivas y de análisis avanzado para detectar de forma temprana cambios en el funcionamiento de las plantas. Este enfoque combina tres pilares.

El primero corresponde a imágenes multiespectrales para “leer” la planta sin tocarla. Las cámaras multiespectrales capturan información en bandas específicas del espectro (más allá de lo que ve el ojo humano), lo que permite estimar indicadores relacionados con el vigor, la fotosíntesis, los pigmentos y el estrés.

“En la práctica, esto ayuda a identificar variaciones sutiles en el estado de una planta antes de que aparezcan síntomas visibles, lo cual es clave para la toma de decisiones sobre riego, manejo sanitario y selección de genotipos” señala Toro.

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El segundo son los sensores químicos y señales tempranas de estrés. Se usaron dispositivos portátiles y de bajo costo tipo “nariz electrónica” (e-nose, por sus siglas en inglés) diseñados por el grupo DAFW que son capaces de detectar compuestos orgánicos volátiles (VOCs) emitidos por las plantas. Cada condición fisiológica puede generar una firma gaseosa particular; la idea es que, mediante algoritmos de aprendizaje automático, estas huellas permitan alertar tempranamente sobre el estrés o problemas sanitarios en sistemas de cultivo controlados.

El intercambio de gases en las plantas es un campo de estudio relativamente reciente en el ámbito de la comunicación entre plantas.

Fuentes indica que “científicos han reportado que es un sistema, incluso de comunicación, entre comunidades de plantas, como lo son también señales químicas en el suelo y en las raíces, e incluso sonidos de las raíces al crecer, que son captados por plantas adyacentes, lo que provoca un crecimiento alejado de esos sonidos para evitar la competencia por recursos”.

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El tercer pilar son la inteligencia artificial y gemelos digitales. Un objetivo transversal fue avanzar hacia modelos que integren múltiples fuentes de datos (imágenes multiespectrales, señales químicas, variables ambientales y mediciones fisiológicas) para construir “gemelos digitales” del cultivo. Estos modelos buscan predecir parámetros clave del funcionamiento vegetal y apoyar la toma de decisiones en tiempo real, reduciendo el costo y tiempo de medición y habilitando estrategias de manejo más finas.

“La implementación de la IA es mucho más cercana y accesible para la producción agrícola”, explica Sigfredo agregando que “en mi opinión, es que estamos muy cerca de la agricultura digital, usando la IA de forma común”.

Una alianza con proyección

El resultado más valioso de esta experiencia es la apertura de una ruta de colaboración entre la Universidad de Melbourne y el CEAF.

Por un lado, el grupo de investigación de Fuentes aporta experiencia y un ecosistema interdisciplinario que integra sensores remotos, analítica e inteligencia artificial.

Por otro lado, CEAF aporta conocimiento profundo en fisiología vegetal y fruticultura bajo estrés, con un fuerte enfoque de transferencia a agricultores y al sector productivo.

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Mirando hacia el futuro, esta alianza tiene potencial para impulsar plataformas de fenotipado de precisión aplicadas a frutales y hortalizas en Chile; modelos predictivos que integren imágenes multiespectrales y datos fisiológicos para optimizar el riego y el manejo; programas de formación para estudiantes e investigadores, fortaleciendo capacidades locales en agricultura digital; y proyectos internacionales que conecten la resiliencia climática con la innovación tecnológica.

Este trabajo, en el marco de “Plants for Space”, según explica el científico de CEAF “es mucho más que ciencia para misiones espaciales: es una forma de acelerar soluciones para la agricultura de hoy. Lo que aprendemos al cultivar en condiciones extremas vuelve a la Tierra convertido en herramientas para producir mejor, con menos recursos, y con mayor capacidad de adaptación”.

La estancia se realizó gracias al apoyo del CEAF a través del Laboratorio de Fisiología del Estrés coordinado por Paula Pimentel y del financiamiento del International Atomic Energy Agency a través del Proyecto TC FS-CHI5055-2500315 a cargo de Ariel Salvatierra.