Lo que aprendimos de la estación espacial el año pasado

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A medida que la Estación Espacial Internacional entra en su tercera década de presencia humana continua, el impacto de la investigación de microgravedad que se lleva a cabo allí sigue creciendo. Los meses comprendidos entre noviembre de 2020 y noviembre de 2021 vieron la publicación de más de 400 artículos científicos basados ​​en estudios a bordo del laboratorio en órbita.

Estos son algunos aspectos destacados de los resultados recientes de la ciencia innovadora de la estación espacial:

Más madre-ness en células madre

imagen en movimiento de un astronauta trabajando con un experimento
La ex astronauta de la NASA Peggy Whitson realiza operaciones para la investigación de Células Madre Cardíacas.
Créditos: NASA

Los vuelos espaciales pueden afectar la función y la estructura cardíacas, y los científicos saben que las células madre cardiovasculares responden a estos cambios, pero no comprenden claramente la base biológica de esta respuesta. La investigación de Células madre cardíacas de la NASA profundizó en cómo la microgravedad afecta a las células madre cardíacas y los cambios físicos y moleculares que gobiernan su actividad.

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En la Tierra, las células madre cardiovasculares, también conocidas como células progenitoras cardiovasculares o CPC, pueden dividirse continuamente para producir más del mismo tipo de células o convertirse en otros tipos de células especializadas. En los recién nacidos, estas células se convierten en una mayor variedad de tipos de células cardiovasculares y producen un mayor número de células que las mismas células del corazón adulto. Esa capacidad sugiere que las células cardíacas recién nacidas o neonatales tienen el potencial de usarse para reparar y reemplazar tejidos cardíacos desgastados o dañados.

Según un estudio de investigación publicado en la Revista Internacional de Ciencias Moleculares, esta investigación reveló que los vuelos espaciales dan a las células adultas y neonatales más «madre», lo que puede mejorar su regeneración, supervivencia y proliferación. Comprender cómo desencadenar este regreso a un estado de desarrollo anterior podría tener un inmenso beneficio en el campo de la medicina regenerativa. Este campo en crecimiento utiliza células madre e ingeniería de tejidos para regenerar, reparar o reemplazar células, órganos y tejidos dañados o enfermos. La microgravedad de larga duración, una variable de investigación única que ofrece la estación espacial, podría proporcionar una herramienta para activar el tallo en las CPC adultas.

Reducir la exposición a la radiación

imagen del hardware del experimento
Esta imagen muestra la instalación ExHAM adjunta a la mesa deslizante de la esclusa de aire del módulo experimental japonés (JEMAL), que es
utilizado para trasladar la instalación al exterior de la estación espacial. Las muestras de material son visibles adheridas a los lados de la instalación.
Créditos: NASA

ExHAM-Radiation Shielding, una investigación de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA), evalúa cómo el entorno espacial afecta los materiales que podrían usarse para proteger futuras naves espaciales de los rayos cósmicos y otros tipos de radiación ionizante.

 

Los investigadores descubrieron que agregar el mineral colemanita (un tipo de bórax que se forma cuando se evaporan las aguas alcalinas) a un polímero reduce la cantidad de radiación que absorbe el material. Las muestras expuestas a la radiación espacial no mostraron diferencias significativas con las que no fueron sometidas a estas duras condiciones. El compuesto podría proporcionar una mejor protección contra la radiación para la tecnología de satélites, estaciones de órbita terrestre baja y aviones de gran altitud. Estos materiales también tienen aplicaciones potenciales en entornos hostiles en la Tierra.

 

Poderosos mineros en miniatura

imagen de células microbianas
Esta imagen previa al vuelo muestra una biopelícula de un microbio, Spingomonas desiccabilis, que crece sobre y hacia la superficie del basalto.
para el experimento Biorock, que examinó los efectos de la gravedad alterada en las interacciones de la roca, los microbios y el líquido.
Los resultados sugieren que la biominería puede funcionar en microgravedad y puede ser incluso más eficaz que en la Tierra.
Créditos: ESA

Las industrias de producción de aleaciones y electrónica utilizan microorganismos para extraer elementos económicamente importantes de las rocas. Los resultados de una investigación de la ESA (Agencia Espacial Europea) sugieren que esta técnica, conocida como biominería, podría ser tan o incluso más eficaz en la Luna y Marte como en la Tierra.

Biorock demostró que los microbios pueden extraer elementos raros de la Tierra del basalto (una roca común en la Luna y Marte) en el espacio. El equipo reveló en unartículo recienteque los microbios pueden funcionar incluso mejor en microgravedad, informando un aumento de hasta un 283% en la biominación de vanadio en la estación espacial. Eso significa que podríamos usar la biominería para extraer los elementos necesarios para sustentar a los humanos independientemente de la Tierra.

La minería con microbios reduce la necesidad de productos químicos que pueden ser dañinos para el medio ambiente, consume muy poca energía y es compacta, una consideración importante para la exploración del espacio profundo y sus límites en los materiales que se pueden traer de la Tierra.

Una mirada más cercana al cemento

imagen de dos astronautas trabajando en un experimento.
Las astronautas de la NASA Anne McClain y Serena Auñón-Chancellor durante las operaciones del experimento MICS, que examinó
solidificación del cemento en microgravedad.
Créditos: NASA

Los seres humanos que van a la Luna o Marte para quedarse necesitan poder construir lugares seguros en los que vivir y trabajar. El hormigón, el material de construcción más utilizado en la Tierra, es lo suficientemente fuerte y duradero como para brindar protección contra la radiación cósmica y los meteoritos, e incluso podría ser posible fabricarlo utilizando materiales disponibles en estos cuerpos celestes. La investigación de MICS mezcló cemento en polvo con varios aditivos y cantidades de agua para examinar la química y las estructuras microscópicas involucradas en el proceso de solidificación y determinar si los cambios en la gravedad podrían afectarlo.

Un artículo en la revista Construction and Building Materials informa los resultados de algunas de esas pruebas. En mezclas de aluminato tricálcico y yeso, la microgravedad provocó microestructuras únicas, incluidas estrías o líneas en el yeso. Estas microestructuras estriadas eran muy porosas y atrapaban aire, lo que podía afectar la resistencia del material. Las muestras mezcladas en la Tierra mostraron una microestructura más desarrollada con un mayor grado de hidratación. Estos hallazgos podrían contribuir al desarrollo de nuevos materiales para la construcción de hábitats extraterrestres y materiales mejorados en la Tierra.

Otra investigación actualmente en curso en la estación, Redwire Regolith Print, también trabaja hacia ese objetivo. Ese experimento prueba el uso de un material que simula el regolito, o la roca suelta y el suelo que se encuentran en la Luna y Marte, para crear objetos a través de la impresión 3D con la instalación de fabricación aditiva Made In Space de la estación .

Cómo mejorar los problemas cardiovasculares

imagen de experimento de hardware
Unidad de pletismógrafo Roscosmos utilizada para la investigación Cardio-ODNT de la salud de las venas de las piernas. Medidas de pletismografía
cambios de volumen en áreas específicas del cuerpo, incluidos los vasos sanguíneos.
Créditos: NASA

Cardio-ODNT, una investigación de la agencia espacial rusa Roscosmos, examinó la salud de las venas de las piernas en miembros de la tripulación en dos misiones de vuelos espaciales de 6 meses. Estudios anteriores han demostrado que la estructura de las venas puede cambiar poco después de la llegada a la estación espacial, principalmente de las caderas hacia abajo.

Los resultados publicados muestran que participar en dos misiones no empeoró la salud de las venas de las piernas siempre que los miembros de la tripulación tuvieran un tiempo sustancial entre vuelos y una buena salud muscular en sus extremidades inferiores, lo que apoya la estructura y función de las venas. Los hallazgos sugieren que el ejercicio físico podría proporcionar una contramedida eficaz para los problemas cardiovasculares relacionados con el espacio.

Atmósfera de la Tierra por la noche.

imagen del telescopio experimental
El telescopio Mini-EUSO durante el montaje.
Créditos: JEM-EUSO

Roscosmos-ASI Mini-EUSO está generando datos con aplicaciones potenciales para responder a los efectos climáticos, la contaminación marina, las perturbaciones geomagnéticas, los desechos espaciales y los meteoros. Un telescopio multipropósito diseñado para operar de noche, Mini-EUSO es parte de JEM-EUSO, un programa más grande que involucra a unos 300 científicos de 16 países que trabajan para mejorar la observación de los rayos cósmicos. El telescopio observa fenómenos atmosféricos como eventos luminosos transitorios (TLE) parecidos a rayos, meteoritos, materia extraña de quarks (SQM) y lluvias de rayos cósmicos. Podría ser un primer paso hacia el mapeo de los desechos espaciales para su posible eliminación mediante láser y respalda la creación de un mapa dinámico de emisiones ultravioleta nocturnas de la Tierra.

Un artículo publicado en The Astrophysical Journal informa que seis meses de operación indican que Mini-EUSO opera como se esperaba, midiendo variaciones en el brillo del aire y las emisiones ultravioleta de la Tierra y rastreando los desechos espaciales y los rayos cósmicos de energía ultra alta.

Predecir y prevenir la pérdida ósea

imagen de un astronauta siendo examinado
Esta imagen muestra la recopilación previa al vuelo de datos de densidad ósea de referencia de la Agencia Espacial Canadiense
(CSA) el astronauta David Saint-Jacques para el estudio TBone, que evaluó el efecto de los vuelos espaciales
sobre la calidad ósea mediante mediciones de alta tecnología de la densidad y la estructura óseas.
Créditos: NASA

Los vuelos espaciales de larga duración representan un riesgo para la salud de los huesos de los miembros de la tripulación, en particular los que soportan peso. Los investigadores de Biochem Profile de la NASA y las investigaciones de TBone de la Agencia Espacial Canadiense (CSA) examinaron los cambios en la microarquitectura, la densidad y la fuerza de los huesos en la parte inferior de la pierna y el brazo durante el vuelo espacial y las relaciones entre la duración de la misión, los marcadores bioquímicos asociados con la resorción y formación de huesos, y ejercicio.

Sus hallazgos, publicados en el British Journal of Sports Medicine, sugieren que la pérdida ósea en algunos astronautas podría predecirse mediante la elevación de ciertos biomarcadores antes del vuelo y que los biomarcadores óseos y el historial de ejercicio pueden ayudar a identificar a los astronautas con mayor riesgo de pérdida ósea. Los miembros de la tripulación que aumentaron su entrenamiento de resistencia durante el vuelo tenían más probabilidades de preservar la fuerza ósea, pero si los regímenes actuales de ejercicio en vuelo son suficientes, merece un examen más detenido. Estos hallazgos también tienen relevancia para comprender cómo el ejercicio afecta la pérdida ósea en la Tierra, como la causada por la reducción de la carga mecánica debido a una lesión, desuso o enfermedad.

Caracterización de las llamas de hollín en el espacio

imagen de una llama redonda
Una llama encendida como parte de Flame Design, que investiga la cantidad de hollín que se produce en diferentes condiciones.
Las manchas amarillas son racimos de hollín que brillan en amarillo cuando están calientes. Estos cúmulos crecen en microgravedad más grandes que en la Tierra
porque el hollín permanece dentro de la llama por más tiempo.
Créditos: NASA

Flame Design, parte del proyecto Advanced Combustion via Microgravity Experiments (ACME ), estudia la producción y el control del hollín. Debido a que el hollín puede afectar negativamente la eficiencia y las emisiones de las llamas y la vida útil del equipo, los resultados podrían conducir a diseños de quemadores más eficientes y limpios. El experimento se realiza con llamas esféricas de combustibles gaseosos en el Combustion Integrated Rack (CIR).

Los investigadores informaron una serie de observaciones en un artículo publicado en Combustion and Flame Journal, incluida la tasa de crecimiento de las llamas, el acoplamiento del calentamiento del quemador y el radio de la llama, las oscilaciones cuando las llamas comienzan a apagarse, la relación entre los índices de flujo de combustible y la temperatura de la llama, y ​​la irradiancia. en llamas con una temperatura máxima del gas en aumento o casi constante. Estas observaciones mejoran la comprensión del comportamiento del fuego y podrían ayudar a mantener a las personas más seguras en las naves espaciales y en la Tierra.

Jets azules, explosiones azules y mejores modelos atmosféricos

imagen de una columna azul brillante
Un chorro azul que alcanza los 30 km hacia arriba en la estratosfera.
capturado por los instrumentos de ASIM en la estación espacial.
Créditos: DTU Space, ESA, NASA

El ASIM de la ESA , una instalación de observación en el exterior de la estación espacial, se utiliza para estudiar tormentas eléctricas severas y su papel en la atmósfera y el clima de la Tierra. El trabajo ha revelado el mecanismo detrás de la creación de los destellos brillantes que llamamos relámpagos y ayudó a los investigadores a determinar la secuencia de eventos que producen destellos de rayos gamma terrestres de alta energía, o TGF.

Los resultados publicados recientemente se suman a nuestra comprensión de las propiedades físicas de otro fenómeno atmosférico: los chorros azules o las descargas eléctricas generadas por perturbaciones de regiones cargadas positiva y negativamente en los niveles superiores de las nubes. Las mediciones de ASIM muestran que los chorros azules pueden originarse con una «explosión azul» en la cima de una nube. El estudio también muestra que el inicio explosivo y el chorro en sí están hechos principalmente de ondas de ionización serpentinas, con solo firmas débiles de la actividad líder que se esperaría de un rayo normal. Al ayudar a los científicos a comprender mejor cómo las tormentas eléctricas afectan la atmósfera de la Tierra, ASIM contribuye a mejores modelos atmosféricos y predicciones meteorológicas y climatológicas.


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