Veröffentlicht: 28.02.08
Space Biology

Wurzeldreher im Weltraum

Das europäische Raumlabor Columbus hat seine Arbeit aufgenommen. Einer der ersten Versuche untersucht das Verhalten von Pflanzen in der Schwerelosigkeit. Die Weltraumbiologen der ETH steuern die Versuche von Zürich aus.

Thomas Langholz
Hier erkennt man deutlich die unterschiedlichen Wurzelausbildung. Oben der Wild-Typ. Dieser reagiert auf die Schwerkraft und bildet die Wurzel eher in Wellen aus. Beim genetisch veränderten Samen sind die spiralförmigen Wurzeln zu erkennen (unten). Bild:NASA
Hier erkennt man deutlich die unterschiedlichen Wurzelausbildung. Oben der Wild-Typ. Dieser reagiert auf die Schwerkraft und bildet die Wurzel eher in Wellen aus. Beim genetisch veränderten Samen sind die spiralförmigen Wurzeln zu erkennen (unten). Bild:NASA (Grossbild)

Nachdem die Weltraumfähre Atlantis sicher zur Erde zurückgekehrt ist, haben die drei auf der internationalen Raumstation ISS verblieben Astronauten ein umfangreiches Forschungsprogramm zu absolvieren. Der erste Versuch in der Columbus-Anlage Biolab, befasst sich mit dem Verhalten von Pflanzen in der Schwerelosigkeit. WAICO, so der Name des Experiments, steht für Waving and Coiling of Aridopsis roots at different g-levels. Pflanzen nehmen die Schwerelosigkeit wahr und richten ihre Wachstumsbewegungen dementsprechend aus. Wurzeln wachsen zum Erdmittelpunkt hin und Sprosse vom Erdmittelpunkt weg. Diesen Vorgang bezeichnet man als Gravitropismus. Durch Gravitations-Sensoren in der Wurzelhaube, die Statolithen, steuern Pflanzen dieses Wachstum. Ein weiteres Phänomen ist, dass die Wurzeln spiralförmig oder in Wellen wachsen. Das Wachsen in Spiralen wird als Circumnutation bezeichnet. Mit Hilfe der Experimente erhoffen sich die Forscher wichtige Hinweise auf die verschiedenen Einflüsse auf das Pflanzenwachstum.

Wichtige Erkenntnisse über Pflanzenwachstum

Untersucht werden beide Phänomene an Hand der Arabidopsis Pflanze, auch Schotenkresse genannt. Für den Versuch kommen zwei unterschiedliche Samen zum Einsatz; zum einen der in der Natur vorkommende Wild-Typ, zum anderen eine genetisch veränderte Form. Die genetisch veränderte Form reagiert sehr wenig auf die Schwerkraft. Vier Versuchsreihen werden im Weltraum zwei Tage lang unter Erdbedingungen (1G) zum Keimen gebracht. Im Anschluss daran werden zwei Reihen der Schwerkraft ausgesetzt. „Dadurch haben wir mehrere Pflanzen am Wachsen: Jeweils den Wildtyp und den genetisch veränderten Typ unter Erdbedingungen und die gleiche Reihe in der Schwerelosigkeit“ sagt Sonia Vadrucci, Leiterin von Biotechnology Space Support Center (Biotesc), das die Versuche durchführt. Unklar ist bisher, ob das Spiralwachstum (Circumnutation) von der Schwerkraft beeinflusst wird oder ein interner Pflanzenmechanismus ist, der auch ohne Schwerkraft auftritt. An Hand der Ausbildung der Wurzeln können die Forscher später feststellen, wie der Mechanismus funktioniert. Entweder ist die Spiralbildung (Circumnutation) unabhängig von Gravität, dann wird die Wurzel spiralförmig wachsen. Durch den Gravitropismus wird die Wurzel gestreckt und bildet Wellen. Bei der mutierten Form, die nicht so stark auf die Gravität reagiert, bilden sich die Wurzeln dann spiralförmig aus. Unter Mikrogravitätbedingungen würde nun auch der Wildtyp verstärkt Sprialen bilden, da der Gravitropismus nicht mehr wirken kann. Ist die Spiralbildung dagegen abhängig von der Gravität und fehlt diese, wird die Wurzel nicht mehr spiralförmig, sondern gerade und ausgestreckter wachsen.

Eine Stunde Live-Bilder aus dem Weltraum

Das Experiment der Universität Hannover wird von den Weltraumbiologen der ETH Zürich betreut. Bisher sind die Weltraumbiologen zufrieden. Die Anlage konnte erfolgreich in Betrieb genommen werden und die Experimentvorbereitungen laufen planmässig ab. Gestern wurde das Experiment gestartet. Ab diesem Zeitpunkt können die Züricher Forscher jeweils eine Stunde pro Tag live dabei sein: dann überträgt eine Kamera die Bilder aus der Forschungsstation ISS. „Mit dem Columbus Raumlabor können wir vom Boden aus direkt in die Experimente eingreifen“, erklärt Sonia Vadrucci. „Zum Beispiel lässt sich so die Feuchtigkeit für die Pflanzen regeln.“ Nach Abschluss der Experimente kommen die Proben mit der nächsten Shuttle-Mission Ende März zurück auf die Erde. Dann werden die Pflanzen mit molekular- und zellbiologischen Methoden untersucht, um den Zellmechanismen auf die Spur zu kommen.