Wissenschaftler der NASA haben bereits in den frühen 1990er-Jahren Getreidesamen im Weltraum keimen lassen, um das Verhalten von Pflanzen unter Mikrogravitation zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass den Sämlingen ohne die Schwerkraft als Orientierungshilfe die Richtung für Wurzeln und Sprossen völlig abhandenkam, was völlig neue Einblicke in die botanische Raumfahrtforschung lieferte.
Lange bevor Astronauten dauerhaft auf dem Mond oder dem Mars ernten können, erforschen Wissenschaftler die grundlegenden Mechanismen der Pflanzenbiologie jenseits unseres Planeten. Die Ergebnisse zeigten, dass Pflanzen zwar grundsätzlich im All überleben und gesunde Gewebestrukturen ausbilden können, jedoch ohne den gewohnten Schwerkraftreiz ihre räumliche Ausrichtung verlieren.
Das Verhalten von Maiskeimlingen im Orbit der Raumfähre
Das Experiment basierte auf einer Nasa-finanzierten Untersuchung, die in einem im Archiv des Kennedy Space Center abgelegten Papier dokumentiert ist. Die Forscher ließen die vorbereiteten Getreidekerne an Bord des Space Shuttle für fünf Tage in völliger Dunkelheit wachsen. Nach der Rückkehr analysierten die Wissenschaftler die Proben im Detail und verglichen sie mit irdischen Vergleichspulks.
Der entscheidende Unterschied lag jedoch in der Orientierung. Während Wurzeln auf der Erde verlässlich nach unten und Triebe nach oben streben, wuchsen die pflanzlichen Organe in der Schwerelosigkeit in völlig unvorhersehbare Richtungen.
Warum Pflanzen auf die Schwerkraft als Kompass angewiesen sind
Auf der Erde liefert die Schwerkraft ein unmissverständliches Signal, das als Gravitropismus bezeichnet wird. Spezielle Zellen erkennen den Erdanziehungspunkt und steuern das Längenwachstum entsprechend. Fällt dieser Vektor weg, geraten Pflanzen in eine Art Richtungschaos. Ohne den gewohnten Reiz müssen sich junge Triebe und Wurzeln auf andere Umweltfaktoren wie Licht, Feuchtigkeit oder mechanische Eigenwahrnehmung verlassen, um überhaupt einen Wachstumsweg zu finden.
Dennoch betonten die beteiligten Forscher die Grenzen des Fünftageversuchs. Ein Beobachtungszeitraum von wenigen Tagen im Orbit erlaubt keine verlässliche Prognose darüber, wie sich landwirtschaftliche Nutztiere oder Getreidekulturen über Wochen, Monate oder gar Jahre in einer Mars-Transportkapsel verhalten würden.
Ergebnisse ergänzender Experimente auf der Internationalen Raumstation
Die Beobachtungen beim Mais beschränken sich keineswegs auf eine einzige Pflanzenart. Ergänzende Untersuchungen der Raumfahrtagentur konzentrieren sich seit Jahren stark auf Arabidopsis thaliana, eine kleine Pflanze aus der Familie der Kreuzblütengewächse, die als Standardmodell in der Raumfahrtbiologie gilt.
Wissenschaftler dokumentierten bei ISS-Experimenten, dass auch die Wurzeln dieser Modellpflanze in der Schwerelosigkeit eigenartige Kurven und spiralförmige Auslenkungen aufweisen, ein Phänomen, das in der Fachliteratur als Wurzel-Skewing bekannt ist (wie eine in der Fachzeitschrift Frontiers veröffentlichte Studie belegt). Zudem zeigte eine spätere Untersuchung im Rahmen des CARA-Projekts, dass die Genaktivität der Pflanzen stark davon abhängt, ob sie im Licht oder im Dunkeln wachsen, womit die Gewächse versuchen, den Mangel an Schwerkraft durch andere Reize auszugleichen.
Herausforderungen für die künftige Verpflegung auf Langzeitmissionen
Die Erkenntnisse über das veränderte Wurzel- und Sprosswachstum sind keineswegs nur akademischer Natur. Für künftige bemannte Langzeitmissionen zum Mond oder zum Roten Planeten wird die Eigenversorgung mit frischen Lebensmitteln als kritischer Faktor angesehen, um den Nachschub von der Erde zu entlasten. Das Verständnis darüber, wie Getreide und andere Nutzpflanzen ohne die gewohnte Erdbeschleunigung reagieren, bleibt deshalb ein wesentlicher Baustein für die künftige Lebenserhaltung im All.
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