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Investigue os fatores que afetam o crescimento das plantas e elabore um plano para cultivar plantas na Lua.
Quanto pensamos em exploração espacial, o cultivo e a agricultura não são, normalmente, as primeiras coisas que vêm à cabeça. Embora tenham sido companhia da Civilização humana durante milénios, estas atividades essenciais estão rapidamente a tornar-se uma parte integral da investigação para permitir a exploração espacial. Presentemente, a única “colónia” no espaço é a Estação Espacial Internacional (ISS), que é fornecida de ar, comida e água a partir da Terra. Cada astronauta precisa, aproximadamente, de 1 kg de oxigénio, 1 kg de comida desidratada e 3 litros de água por dia. O fornecimento destes mantimentos a todos os astronautas a bordo da ISS é dispendioso e impraticável para missões espaciais longas. Se a humanidade pretende explorar mais fundo no cosmos, terão de se cultivar plantas em vôo – como fonte de alimentação e mais.
No espaço, as condições necessárias para as plantas crescerem (tais como água, luz, nutrientes e uma temperatura adequada) são difíceis de realizar. Isto torna a tarefa de cultivar plantas no espaço desafiante – mas não impossível. Em 2015, membros da tripulação da Expedição ISS 44 tiveram a sua primeira prova de comida cultivada no espaço quando recolheram uma alface vermelha romena desenvolvida como parte da experiência com plantas da NASA (Veg-01). Desde então, os cientistas têm pesquisado novas formas de cultivar outras plantas no espaço.
Quando se escolhe que plantas cultivar, uma variedade de fatores é considerada – tais como o valor nutricional e a produção. Dois candidatos preferidos são batatas e trigo-anão: ambos são alimentos ricos em hidratos de carbono com elevado conteúdo calórico, pelo que podem ajudar a fornecer aos astronautas energia suficiente para os aguentar durante toda uma longa missão. São, também, plantas robustas, adaptáveis à maior parte das condições na Terra e fornecem uma elevada produção sem ocupar muito espaço enquanto crescem.
As plantas não são só úteis no espaço como alimento: os astronautas esperam usar plantas para criar um circuito autossuficiente que lhes forneça todo o oxigénio, água e comida que precisam – sem qualquer reabastecimento vindo da Terra. Durante mais de 25 anos, a Agência Espacial Europeia (ESA) tem estado a trabalhar tendo em vista este objetivo com o seu programa Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA). O projeto ambiciona aperfeiçoar um sistema de suporte de vida que possa voar para o espaço. Resíduos humanos (tais como urina e dióxido de carbono expirado) dariam às plantas os ingredientes essenciais para o seu crescimento e, por seu lado, as plantas forneceriam oxigénio e alimentos aos humanos, bem como a filtragem de água residual. Esta área de investigação tem também o potencial de criar métodos para a produção de mais alimentos de forma sustentável na Terra.
Nas atividades seguintes, os alunos aprendem sobre os elementos básicos que as plantas precisam para crescer. Depois de completar as atividades 1-3, os alunos aplicam o que aprenderam sobre o crescimento das plantas na atividade 4, na qual exploram como crescer plantas no espaço – um desafio na vida real que os cientistas hoje enfrentam.
As atividades utilizam materiais simples que se encontram em casa e são adequadas para alunos com idades dos oito aos doze. Os procedimentos requerem um pequeno número de vasilhas ou recipientes: nós construímo-los a partir de velhas garrafas de plástico ao cortar fora o terço do fundo da garrafa e usando-o como um frasco.
Trabalhando em grupos de dois a quatro, os alunos investigam como cresce agrião em diferentes condições de iluminação: escuridão constante e o ciclo dia-noite normal. Levam 30 minutos para completar a parte de mãos-na-massa desta atividade e aproximadamente uma semana para o agrião crescer depois de ser semeado.
Cada grupo necessita de:
Instrua os grupos como segue:
Os alunos observarão que o agrião que cresceu às escuras tem caules brancos e folhas amarelas em contraste com o agrião que cresceu com um ciclo normal dia-noite, que tem caules verdes e folhas verde-claras. Isto porque na ausência de luz as plantas não desenvolvem nenhuma clorofila – o pigmento que dá às plantas a sua saudável cor verde. O agrião que cresceu às escuras deve ser, também, substancialmente mais alto, tendo usado a energia armazenada nas sementes para acelerar o seu crescimento na busca de luz.
Compare as previsões dos alunos com os seus resultados e discuta algumas das seguintes questões:
Na turma, como um todo, os alunos semeiam sementes de rabanete em diferentes materiais para determinar quais são os melhores para o crescimento de plantas. A parte “mãos-na-massa” desta atividade demora cerca de 30 minutos, com um período de espera de uma semana.
Os seguintes materiais, cada um para encher dois recipientes:
Peça a cada aluno para cumprir os passos do seguinte procedimento de forma individual:
Os alunos podem ficar surpreendidos ao descobrir que as sementes germinam em todos os oito vasos. Isto porque as sementes já contêm alguns nutrientes que permitem às plantas começar a crescer. Se o substrato contém nutrientes a planta continua a crescer. Os nutrientes estão naturalmente presentes no solo mas para outros materiais (tais como areia, algodão absorvente e guardanapos de papel) podem ser adicionados, por exemplo, na forma de alimento líquido para plantas. Na ausência de nutrientes adicionais, a planta cresce mais devagar quando a reserva de nutrientes armazenada na semente se esgota. É por isso que as sementes de rabanete não crescem bem em vasos com areia, algodão absorvente ou guardanapos de papel sem alimentação para plantas.
As sementes de rabanete normalmente crescem melhor em algodão absorvente com a mistura alimentar para plantas. Isto porque o algodão absorvente é mais eficiente a segurar água do que o solo ou outros substratos e porque a alimentação para plantas fornece todos os nutrientes necessários para o desenvolvimento inicial. Se as plantas crescessem durante um período mais longo o solo forneceria a melhor base para as suas raízes se expandirem, dando apoio e estabilidade aos rebentos.
Compare as previsões dos seus alunos com os resultados e discuta algumas das seguintes questões:
Para investigar como é a água transportada dentro das plantas, os alunos observam como as pétalas de uma flor mudam de cor quando se adiciona corante à água para plantas. O procedimento pode ser realizado por pequenos grupos de 2-4 alunos ou como demonstração em sala de aula. A parte “mãos na massa” da atividade demora cerca de 15 minutos e leva um dia para os efeitos da experiência se tornarem visíveis.
Cada grupo necessita de:
Instruir o grupo como segue:
Os alunos vão observar que a flor sem raiz muda de cor devido ao corante alimentar, especialmente ao longo dos bordos das pétalas. Isto acontece porque as plantas transportam a água através do seu caule para outras partes da planta. A flor com raízes, contudo, não muda de cor devido ao corante alimentar. As raízes funcionam como um filtro, evitando que o corante alimentar seja transportado para o resto da planta. Como resultado, não há alteração de cor.
Compare as previsões dos seus alunos com os resultados e discuta algumas das seguintes questões:
Porque não mudou a flor com raízes intactas a sua cor?
Qual foi a razão para colocar uma flor num vaso que continha apenas água?
É a água essencial para as plantas?
Em grupos de três ou quatro, os alunos aplicam o seu conhecimento das atividades anteriores para propôr uma estratégia para o crescimento de plantas na Lua. Dá-se um cartão com factos sobre a Lua aos alunos para os ajudar a considerar o ambiente particular que é o espaço.
Cada grupo vai precisar de:
Cartão “Factos Lunares” w1
Instrua o grupo como segue:
Leia o cartão de factos para aprenderem sobre as condições na Lua, tais como o seu ciclo dia-noite e a temperatura.
Considerem os fatores que as plantas precisam para crescerem. Como acederão as plantas à luz, água e nutrientes na Lua?
Elaborem um plano para o crescimento de plantas na Lua, tais como a construção de uma estufa. Pode esse sistema ser autossustentável? Que tipo de plantas cresceriam melhor e porquê?
Escolham uma pessoa do grupo para explicar a estratégia ao resto da turma.
Um dos primeiros desafios para o crescimento de plantas na Lua é a falta de água líquida e nutrientes. A água não está facilmente disponível em rios e oceanos como na Terra e o solo lunar não contém os nutrientes necessários para o crescimento de plantas. Os alunos poderiam sugerir a utilização de um sistema hidropónico para ultrapassar este desafio: as plantas crescem numa solução aquosa rica em nutrientes sem necessidade de solo. A água pode, potencialmente, ser captada de gelo superficial perto dos polos norte e sul da Lua que, sob certas condições, pode ser convertido em água líquida.
Um outro desafio é o ciclo lunar dia-noite. Um dia na Lua demora, aproximadamente, o mesmo tempo que quatro semanas na Terra, pelo que as plantas precisariam de se adaptar a duas semanas de dia e duas de escuridão, ou serem colocadas num ambiente de luz controlada. Este ambiente teria de ser também controlado em temperatura, para compensar as extremas variações de temperatura. Além disso, virtualmente não há atmosfera na Lua pelo que as plantas teriam de ser mantidas num recipiente pressurizado cheio de gases. Sem uma atmosfera de proteção, o recipiente também ajudaria a proteger as plantas da radiação espacial.
De forma a ser sustentável, o recipiente deve ter um sistema para a reciclagem de gases e água.
Os autores agradecem a Monica Talevi, Christina Toldbo e toda a sua equipa no gabinete de educação da ESA pela sua contribuição para o desenvolvimento destas atividades. Também agradecem ao cientista da ESA Christel Paille por rever as atividades educativas e fornecer comentários construtivos e valiosos.
This enlightening article combines two areas of science to create an interesting project for young students. In the set of activities, students understand the factors that affect plant growth and relate these to growing plants in space. All activities are easy to conduct and could be a good basis for understanding control variables in experimental design. The article is very useful and can be used for both upper elementary and lower secondary levels.
Dr Christiana Nicolaou, professora de 1º ciclo, Makedonitissa 3rd primary school, Chipre
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