Eine Vorrichtung, die die Rotation eines Objektes (z. B. Pflanze, Zellkultur) um eine Achse waagerecht zur Richtung des Schwerkraftvektor ermöglicht, wird “Klinostat“ (= konstantes Neigen) genannt. Der klassische Klinostat dreht mit 1 - 2 Umdrehungen/Minute (Upm) (Pfeffer 1897) und führt – wie man heute weiss - zu einer allseitigen Schwerkraftstimulierung und damit letztlich zu Störungen in der Morphologie oder auf molekularer Ebene (z.B. Hensel und Sievers 1980). Dennoch ist der langsamdrehende Klinostat geeignet, um schwerkraftabhängige Prozesse aufzuspüren.
Briegleb und Mitarbeiter aus unserem Institut übernahmen die Idee von Muller (1959) und drehten Klinostaten wesentlich schneller (40 – 100 Upm). Dadurch sollen kleine Organismen oder Zellen den drehenden Schwerkraftvektor nicht mehr wahrnehmen und den Zustand „simulierter Schwerelosigkeit“ erfahren (Briegleb 1992). Die Theorie ist in der Abbildung dargestellt. Während Partikel unter Erdschwerkraftbedingungen (1 x g) ungleichmässig aufgrund ihrer Sedimentation, ihres Gewichtes und dem Auftrieb verteilt sind, findet man in Schwerelosigkeit eine homogene Verteilung. Dieser Zustand kann auf der Erde auch erreicht werden, wenn man ein System entsprechend dreht. Dadurch werden Partikel auf Kreisbahnen bewegt, deren Radius kleiner wird, je schneller man dreht. Bei zu hoher Drehung werden die Partikel zentrifugiert (nach aussen geschleudert). Bei geeigneter Rotationsgeschwindigkeit ist die relative Bewegung der Partikel aufgehoben.
Ob das System letztlich einen in Bezug auf die Schwerkraft reizfreien Zustand oder eine Dauerreizung erfährt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie Reaktionszeit des Objektes und Zeit für eine Umdrehung, Reizschwelle des Objektes und effektiver Radius. Bisherige Vergleiche zwischen Daten aus Weltraumexperimenten und Versuchen auf schnelldrehenden, 2-dimensionalen Klinostaten zeigen ähnliche Reaktionen biologischer Systeme und demonstrieren die Eignung der Klinostatenmethode.
Weiterführende Literatur:
Briegleb, W. (1992). Some quantitative aspects of the fast-rotating clinostat as a research tool. ASGSB Bull., 5, 23-30.
Block, I., Briegleb, W. & Wohlfarth-Bottermann, K.-E. (1986). Gravisensitivity of the acellular slime mold Physarum polycephalum demonstrated on the fast-rotating clinostat. Europ. J. Cell Biol., 41, 44-50.
Hemmersbach-Krause, R., Briegleb, W., Häder, D.-P., Vogel, K., Grothe, D. & Meyer, I. (1993a). Orientation of Paramecium under the conditions of weightlessness. J. Euk. Microbiol., 40, 439-46.
Hemmersbach-Krause, R., Briegleb, W., Vogel, K. & Häder, D.-P. (1993b). Swimming velocity of Paramecium under the conditions of weightlessness. Acta Protozool., 32, 229-36.
Hensel, W. & Sievers, A. (1980). Effects of prolonged omnilateral gravistimulation on the ultrastructure of statocytes and on the graviresponse of roots. Planta, 150, 338-46.
Muller, H. J. (1959). Approximation to a gravity-free situation for the human organism achievable at moderate expense. Science, 128, 772.
Pfeffer, W. (1897). Locomotorische Richtungsbewegungen durch chemische Reize. Ber. Dtsch. Bot. Ges., 15, 524-33.