Schwerkraft- und Magnetfeld-Wahrnehmung in Pflanzen und Pilzen am Beispiel von Phycomyces blakesleeanus



Ausgangspunkt der Experimente unter Schwerelosigkeit ist die Frage, warum Pflanzen - wie etwa eine 15 Meter hohe Kiefer - aber auch Pilze nahezu kerzengerade empor wachsen. Antwort: Sie wachsen exakt entgegen der Schwerkraft (Gravitropismus). Weltweit widmet sich eine kleine Anzahl von Forschungslaboren dieser Frage der Schwerkraftwahrnehmung, auch Gravirezeption genannt. Zunächst muss der Schwerkraftvektor in Richtung und Stärke erkannt und dann in ein erstes biochemisches Signal (Primärreaktion) übersetzt werden. Dies führt zu einer sichtbaren gravitropen Krümmung.

Anstelle dieser langsamen gravitropen Krümmungsreaktionen, die im Minuten- oder Stundenbereich ablaufen, untersuchen die Wissenschaftler beim Parabelflugexperiment die schnellen Primärreaktionen, die bereits im Millisekundenbereich durch erhöhte Schwerereize und durch Schwerelosigkeit ausgelöst werden. So  ist es möglich, die Gravirezeption von Pflanzen und Pilzen während der lediglich 22 Sekunden andauernden Schwerelosigkeit im Airbus A300-ZERO-G zu untersuchen. Als Untersuchungsobjekte verwenden die Forscher die Sporenträger des einzelligen und schnell wachsenden Pilzes Phycomyces, der auf Schwerkraft und Licht außerordentlich empfindlich reagiert.

Auf dieser Grundlage konnten die Wissenschaftler während der vergangenen Parabelflugkampagnen mit Hilfe eigens entwickelter, hochempfindlicher Spezial-Spektralphotometer schnelle, durch Schwerkraft verursachte Primärreaktionen nachweisen. Sie äußern sich in Form von Absorptionsänderungen (Gravity-Induced-Absorption-Change, GIAC). Die Kinetiken und spektralen Eigenschaften dieser GIACs lassen Rückschlüsse auf den molekularen Aufbau der Signalketten zu.

Auf der Basis von Laborexperimenten wissen die Forscher, dass die aktuelle Stärke des Erdmagnetfeldes (25 bis 75 microTesla) unter anderem auch die Schwerkraftwahrnehmung beeinflusst. Während der letzten DLR-Parabelflug-Kampagne des Teams im Februar 2009 erhielten die Wissenschaftler erstmals Hinweise darauf, dass die GIACs nicht nur vom Schwerereiz sondern auch vom vorherrschenden Magnetfeld im Flugzeug beeinflusst werden. Da dieses von der Flugrichtung abhängt und sich obendrein während der Flugmanöver ändert, messen die Forscher während der gesamten Flugphase die Magnetfeldstärken in den drei Raumrichtungen.

Die Ergebnisse der Experimente sind für die rein wissenschaftliche Pflanzenphysiologie, aber auch für die anwendungsorientierte Weltraumphysiologie relevant. Sie helfen bei der Klärung der Frage, wie stark Schwerkraft- und Magnetfelder mindestens sein müssen, damit Pflanzen und Pilzen unter Erd- und Weltraumbedingungen kultiviert werden können.


Kontakt
Professor Dr. Paul Galland
Universität Marburg

Fachbereich Biologie/Botanik

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