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WAICO - Einfluss der Schwerkraft auf das Wachstum der Arabidopsis-Wurzeln (abgeschlossen)

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    WAICO: Die Versuchsanlage beim Probeversuch im DLR-Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC)

    In der Versuchsanlage mit dem Namen WAICO wird das Wurzelwachstum der Acker-Schmalwand-Pflanze unter verschiedenen Stufen der Schwerkraft sowie in Schwerelosigkeit untersucht.

    Das Bild zeigt einen Probeversuch im DLR-Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC).

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Pflanzen nutzen die Schwerkraft der Erde zur Orientierung im Raum. So wird bei der keimenden Pflanze der photosynthetisch aktive Spross stets entgegen der Erdschwerkraft in Richtung Licht gelenkt, um mittels der Photosynthese energiereiche Kohlehydrate herzustellen. Die Wurzeln wachsen in den Boden zum Erdmittelpunkt hin, um den Pflanzenkörper zu verankern und mit Wasser und Nährstoffen zu versorgen. Doch wie läuft dieser - Gravitropismus genannte - Ausrichtungsvorgang unter der Erde ab? Die Wurzelhaube ist dafür mit Zellen ausgestattet, die Gravitationssensoren enthalten, sogenannte Statholiten. Neben dem Gravitropismus spielen aber auch noch andere Phänomene bei der Ausrichtung der Wurzelspitze eine Rolle. Eines hiervon ist das Hin- und Herschwingen der Spitze, wodurch die Wurzel spiralförmig wächst. Zudem reagiert die Wurzelspitze auch auf Berührungen. Das Waving and coiling of Arabidopsis roots at different g-levels (WAICO)-Experiment sollte die Einflüsse dieser Komponenten für das Wurzelwachstum bestimmen und die zugrundeliegenden Mechanismen aufklären. Versuchsobjekte hierbei waren der Wildtyp und verschiedene Mutanten der Ackerschmalwand (Arabidopsis).

Experimentbeschreibung:

In dem ISS-Experiment wurde das Wachstumsverhalten der Wurzeln in Schwerelosigkeit sowie bei normaler Erdschwerkraft (auf einer 1g-Referenz-Zentrifuge) fotografisch dokumentiert. Nach dem Flug wurden die Pflanzen am Boden mit modernen molekular- und zellbiologischen Methoden untersucht, um den Wachstumsmechanismen auf die Spur zu kommen.

Status:

Im Februar 2008 wurde das europäische Columbus-Labor mit dem Space Shuttle Atlantis (STS-122) zur ISS gebracht. Neben anderen Experimentanlagen stand damit auch das BIOLAB zur Verfügung - eine Anlage für gravitationsbiologische Experimente bestehend aus Inkubator, Zentrifugen und Analyse-Einrichtungen. Unmittelbar nach der Inbetriebnahme von BIOLAB durch den deutschen ESA-Astronauten Hans Schlegel führte der Franzose Léopold Eyhardts WAICO, das erste biologische Experiment in Columbus, durch. Der erste Lauf fand zwischen Februar und April 2008 statt. Nach der Auswertung ergab sich die Möglichkeit, im April/Mai 2010 einen weiteren Versuch zu unternehmen, um die Ergebnisse abzusichern und weitere molekularbiologische Untersuchungen in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Klaus Palme in Freiburg anzuschließen.

Ergebnisse:

Die Experimente sind beendet und erlauben eine Reihe interessanter Schlussfolgerungen. So entwickelten die Wurzeln - anders als erwartet - in der Schwerelosigkeit eine deutlich geringere schraubenförmige Anordnung der äußeren Wurzelzellen. Dennoch macht die Wurzel häufiger „Kringel“ (coils), wodurch sie sich während ihres Wachstums wie ein hydraulischer Bohrer ins Erdreich schraubt und sich so selbst stabilisiert. Zudem kam es in Spross und Blättern bei Mutanten zu eindeutig schwerelosigkeitsbedingten morphologischen Veränderungen. Molekularbiologische Analysen weisen darauf hin, dass eine Störung im Transport des Pflanzenhormons Auxin an diesen Phänomenen beteiligt sein könnte.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Wie erwartet gelang es den Wissenschaftlern mit dem WAICO-Experiment, das generelle Verständnis des Pflanzenwachstums zu verbessern. Die Ergebnisse sind auch für eine effektivere Gestaltung der Landwirtschaft auf der Erde und für den Anbau von Pflanzen auf künftigen, längeren Weltraummissionen etwa zu Mond oder Mars von Interesse.

Start: 7. Februar 2008 / SApace Shutte Atlantis (STS-122)
ISS-Zeitraum WAICO-1: Februar bis April 2008
WAICO-2: April bis Mai 2010
Unterbringung BIOLAB im Columbus-Modul
Experimentator Prof. Dr. Günther Scherer
Einrichtung Universität Hannover
Bereich Gravitationsbiologie
Partner ESA

 

Zuletzt geändert am:
03.07.2014 11:51:26 Uhr