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AT-Space - Einfluss der Schwerkraft auf Pflanzengene (abgeschlossen)

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  • Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana)

    Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana)

    Die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) ist die Modellpflanze der Botaniker und ideal für die Forschung auf der ISS geeignet.

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Vielleicht noch mehr als für andere Organismen ist es für Pflanzen wichtig, die Schwerkraft wahrzunehmen und darauf zu reagieren: Wurzeln müssen zur Verankerung und zur Nährsalz- und Wasseraufnahme in den Boden wachsen (positiver Gravitropismus), der Spross nach oben (negativer Gravitropismus), um die Blätter für die Photosynthese zum Licht zu bringen. Das Experiment AT-Space der Universität Freiburg sollte helfen, die verschiedenen Schritte bei der Wahrnehmung und Verarbeitung von Schwerkraft bei Pflanzen auf molekularer Ebene besser zu verstehen. Gravitationsbiologen wollen dabei vor allem wissen, ob die Schwerkraft die Ausprägung bestimmter Gene im Organismus anstößt, ob dies in verschiedenen Organen wie Wurzeln und Sprossen unterschiedlich ist und ob die Mechanismen in Pflanzen auf der Erde und unter Schwerelosigkeit im All identisch sind.

Untersuchungsobjekt war die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) - die Modellpflanze der Genetiker: Aufgrund ihres kurzen Lebenszyklus, ihrer geringen Größe und des relativ kleinen Genoms eignet sie sich ideal für Forschung in Schwerelosigkeit. So kann ihr gesamtes Genom auf einem einzigen Mikrochip analysiert und damit die Genexpression beispielsweise nach Wachstum unter den verschiedenen Schwerkraftbedingungen relativ leicht verglichen werden. Zudem ähnelt ihr Genom dem von Nutzpflanzen wie Sojabohne, Baumwolle und verschiedener Gemüsesorten und Ölpflanzen.

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 zellulären Mechanismen auf die Spur zu kommen.

Status:

Das Experiment wurde im Oktober 2007 im KUBIK-Inkubator - einer Experimentanlage der ESA im russischen Teil der ISS - durchgeführt. Die Proben wurden anschließend zur genaueren Auswertung in das Labor der Wissenschaftler gebracht.

Ergebnisse:

Die Analysen zeigen, dass die Expression vieler Gene in Schwerelosigkeit verstärkt, anderer aber auch gehemmt ist. Die Wissenschaftler konnten viele dieser Gene identifizieren und bestimmten Aufgabenbereichen zuordnen, um so zu einem umfassenden Bild der Schwerkrafteffekte auf genetischer Ebene zu gelangen. Offensichtlich sind vor allem Gene aus den Bereichen, die im Zusammenhang mit Stressantworten der Pflanze zu sehen sind (unter anderem Wassermangel, Hormonveränderungen, Salzstress) in Schwerelosigkeit verändert - ein Anzeichen, dass der Wegfall der Schwerkraft von den Pflanzen als Stress verstanden wird.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Dieses Experiment ist der Grundlagenforschung zuzuordnen. Allerdings ist ein genaues Verständnis der Wahrnehmung und Verarbeitung von Schwerkraft in Pflanzen auch von Bedeutung für die Anwendung. Dies gilt zum einen für die Landwirtschaft, insbesondere im Hinblick auf das Verständnis der Mechanismen, die nach einem Sturm zum Wiederaufrichten von Gräsern und Getreiden führen (Minimierung von Ernteverlusten), zum anderen für den Einsatz von Pflanzen in bioregenerativen Lebenserhaltungssystemen.

ISS-Zeitraum Oktober 2007
Unterbringung KUBIK-Inkubator im russischen Teil der ISS
Experimentator Prof. Dr. Klaus Palme
Einrichtung Universität Freiburg
Bereich Gravitationsbiologie
Partner ESA/NASA

 

Zuletzt geändert am:
03.07.2014 11:58:06 Uhr