Experimente mit Moos, das an Bord zweier Space-Shuttle-Missionen von Columbia angebaut wurde, zeigten, dass sich die Pflanzen in nahezu Abwesenheit der Schwerkraft nicht so verhalten, wie die Wissenschaftler es erwartet hatten.
Das gewöhnliche Dachmoos (Ceratodon purpureus) wuchs in auffälligen Spiralen im Uhrzeigersinn, so Fred Sack, der leitende Forscher der Studie und Professor für Pflanzenzell- und Molekularbiologie an der Ohio State University.
Er und seine Kollegen stellten dies sogar in Mooskulturen fest, die an Bord der zweiten der beiden Space-Shuttle-Missionen STS-107 angebaut wurden, die bei ihrem Wiedereintritt Anfang 2003 zerfallen waren. Der größte Teil der Hardware, die das Moos enthielt, wurde später am Boden geborgen. mit einigen der Mooskulturen noch intakt.
Die Forscher erwarteten ein zufälliges, unorganisiertes Wachstum, wie es bei jeder anderen im Weltraum geflogenen Pflanzenart zu beobachten ist.
„Wir wissen nicht, warum Moos im Weltraum nicht zufällig wuchs, aber wir haben unterschiedliche Spiralmuster gefunden“, sagte Sack.
Über ihre Ergebnisse berichten er und seine Kollegen in der aktuellen Online-Ausgabe der Zeitschrift Planta.
Gewöhnliches Dachmoos ist eine relativ primitive Pflanze, bei der bestimmte Zellen, sogenannte Spitzenzellen, in ihrem Wachstum von der Schwerkraft geleitet werden. Diese Schwerkraftreaktion wird nur beobachtet, wenn Moos im Dunkeln gehalten wird, da Licht die Wirkung der Schwerkraft außer Kraft setzt.
Moos stammt aus Zellketten, wobei das Wachstum nur in der äußersten Zelle einer Kette stattfindet. Wenn sie im Dunkeln gezüchtet werden, wachsen die Spitzenzellen der Anziehungskraft der Schwerkraft weg, wodurch die Zellen aus dem Boden und ins Licht gelangen.
Die Art und Weise, wie diese Spitzenzellen auf die Schwerkraft reagieren, ist außergewöhnlich, sagte Sack. Bei den meisten Pflanzen steuert die Schwerkraft das Wachstum von Wurzeln oder Stängeln, die aus vielen Zellen bestehen. Aber im Moos ist es nur eine einzelne Zelle, die die Schwerkraft sowohl wahrnimmt als auch darauf reagiert.
Gewöhnliches Dachmoos wurde in Petrischalen in Schließfächern an Bord von zwei Columbia-Shuttle-Missionen gezüchtet, die erste im Jahr 1997 und die andere Anfang 2003. Obwohl der größte Teil der experimentellen Moos-Hardware dieser Mission später am Boden geborgen wurde, wurden nur 11 der 87 geborgenen Kulturen auf diesem Flug gewachsen waren verwendbar.
Astronauten folgten auf beiden Flügen ähnlichen experimentellen Verfahren. Die Astronauten fixierten die Mooskulturen chemisch, bevor jede Mission wieder in die Erdatmosphäre eintrat. Dieser Prozess stoppte jegliches Wachstum im Moos.
Kontrollstudien, die im Kennedy Space Center in Florida durchgeführt wurden, verwendeten Hardware und Verfahren, die denen ähnlich waren, die an Bord jedes Fluges verwendet wurden. Diese Mooskulturen wurden jedoch entweder stationär gehalten oder langsam auf einem Klinostat gedreht, einer Maschine, die einem Plattenteller ähnelt, der auf seinem Rand platziert ist und verwendet wird, um die Auswirkungen der Schwerkraft zu negieren.
Auf der Erde steuert die Schwerkraft die Richtung des Mooswachstums so gründlich, dass es direkt vom Erdmittelpunkt weg wächst, genau wie Triebe in einem Maisfeld. Im Weltraum erwarteten Wissenschaftler ein unregelmäßiges Wachstum der Zellen in alle Richtungen, da es keinen Hinweis auf die Schwerkraft gab.
Stattdessen wuchs das Moos in zwei aufeinanderfolgenden Mustern nicht zufällig: Das erste Muster ähnelte dem von Speichen in einem Rad, bei dem die Zellen von der ursprünglichen Aussaat nach außen wuchsen. Später wuchsen die Spitzen der Filamente in Bögen, so dass die gesamte Kultur im Uhrzeigersinn Spiralen zeigte. Die gleichen Muster wurden gefunden, als das Moos auf einem Klinostat auf dem Boden gezüchtet wurde.
Trotz der begrenzten Daten von STS-107 zeigten 10 der 11 zu rettenden Mooskulturen diese Art von starkem radialem Wachstum und Spiralen.
Bodenkontrollen, die unter normalen Schwerkraftbedingungen angebaut wurden, wuchsen wie Moos normalerweise auf der Erde.
Die Ergebnisse seien ungewöhnlich, sagte Sack, da Forscher zum ersten Mal berichten, dass diese Art von Pflanzenwachstumsreaktion im Weltraum beobachtet wird.
„Im Gegensatz zur geordneten Reaktion von Mooszellen im Weltraum wachsen andere Pflanzenarten zufällig“, sagte er. „In Moos muss die Schwerkraft normalerweise ein Standardwachstumsmuster maskieren. Dieses Muster wird nur aufgedeckt, wenn das Gravitationssignal verloren geht oder unterbrochen wird.
„Die faszinierende Frage ist, warum Moos eine Wachstumsreaktion auf Bedingungen haben sollte, die es auf der Erde noch nie erlebt hat? Vielleicht sind Spiralen ein verkümmertes Wachstumsmuster, ein Muster, das später maskiert wurde, als Moos die Fähigkeit entwickelte, auf die Schwerkraft zu reagieren.
Sack führte die Studie mit Volker Kern durch, der jetzt am Kennedy Space Center arbeitet und sich zum Zeitpunkt der Studie im Bundesstaat Ohio aufhielt; David Reed von Bionetics Corp. mit Sitz im Kennedy Space Center; mit den ehemaligen Ohio State Kollegen Jeanette Nadeau, Jochen Schwuchow und Alexander Skripnikov; und mit Jessica Lucas, einer Doktorandin in Sacks Labor.
Diese Forschung wurde vom Exploration Systems Mission Directorate der National Aeronautics and Space Administration unterstützt.
Originalquelle: Pressemitteilung der Ohio State University
