Bildnachweis: NASA
Verwirrt? Dann bist du wie Pflanzen in einem Gewächshaus auf dem Mars.
Natürlich gibt es dort noch keine Gewächshäuser. Langzeitforscher auf dem Mars oder dem Mond müssen jedoch Pflanzen anbauen: für Lebensmittel, zum Recycling, zum Auffüllen der Luft. Und Pflanzen werden diese Off-Earth-Umgebung überhaupt nicht verstehen. Es ist nicht das, wofür sie sich entwickelt haben, und es ist nicht das, was sie erwarten.
Aber in gewisser Weise wird es ihnen wahrscheinlich besser gefallen! Einige Teile davon jedenfalls.
„Wenn man auf die Idee kommt, Pflanzen auf dem Mond oder auf dem Mars zu züchten“, erklärt der Molekularbiologe Rob Ferl, Direktor für Forschung und Ausbildung in der Biotechnologie der Weltraumlandwirtschaft an der Universität von Florida, „dann muss man über die Idee nachdenken, Pflanzen zu züchten bei einem möglichst reduzierten atmosphärischen Druck. “
Es gibt zwei Gründe. Erstens wird es helfen, das Gewicht der Vorräte zu reduzieren, die von der Erde gehoben werden müssen. Sogar Luft hat Masse.
Zweitens müssen Mars- und Mondgewächshäuser an Orten standhalten, an denen der atmosphärische Druck bestenfalls weniger als ein Prozent des Erdnormalen beträgt. Diese Gewächshäuser werden einfacher zu bauen und zu betreiben sein, wenn ihr Innendruck ebenfalls sehr niedrig ist - vielleicht nur ein Sechzehntel der normalen Erde.
Das Problem ist, dass Pflanzen bei solch extrem niedrigen Drücken hart arbeiten müssen, um zu überleben. "Denken Sie daran, Pflanzen haben keine evolutionäre Anpassung an Hypobaria", sagt Ferl. Es gibt keinen Grund für sie, gelernt zu haben, die durch niedrigen Druck induzierten biochemischen Signale zu interpretieren. Und tatsächlich tun sie es nicht. Sie interpretieren sie falsch.
Bei niedrigem Druck wirken Pflanzen so, als würden sie austrocknen.
In jüngsten Experimenten, die vom NASA-Büro für biologische und physikalische Forschung unterstützt wurden, setzte Ferls Gruppe junge wachsende Pflanzen etwa vierundzwanzig Stunden lang einem Druck von einem Zehntel der normalen Erde aus. In einer solchen Umgebung mit niedrigem Druck wird Wasser sehr schnell durch die Blätter herausgezogen, und daher wird zusätzliches Wasser benötigt, um es wieder aufzufüllen.
Aber, sagt Ferl, die Pflanzen bekamen alles Wasser, was sie brauchten. Sogar die relative Luftfeuchtigkeit wurde bei fast 100 Prozent gehalten. Trotzdem wurden die Gene der Pflanzen, die Dürre wahrnahmen, immer noch aktiviert. Anscheinend, sagt Ferl, interpretierten die Pflanzen die beschleunigte Wasserbewegung als Trockenstress, obwohl es überhaupt keine Trockenheit gab.
Das ist schlecht. Pflanzen verschwenden ihre Ressourcen, wenn sie versuchen, ein Problem zu lösen, das es noch nicht einmal gibt. Zum Beispiel könnten sie ihre Stomata schließen - die winzigen Löcher in ihren Blättern, aus denen Wasser entweicht. Oder sie lassen ihre Blätter ganz fallen. Diese Antworten sind jedoch nicht unbedingt angemessen.
Glücklicherweise können die Forscher die Reaktionen der Pflanzen anpassen, sobald sie verstanden sind. "Wir können biochemische Veränderungen vornehmen, die den Hormonspiegel verändern", sagt Ferl. "Wir können sie erhöhen oder verringern, um die Reaktion der Pflanzen auf ihre Umwelt zu beeinflussen."
Interessanterweise haben Studien Vorteile für eine Umgebung mit niedrigem Druck festgestellt. Der Mechanismus ist im Wesentlichen der gleiche wie der, der die Probleme verursacht, erklärt Ferl. Bei niedrigem Druck werden nicht nur Wasser, sondern auch Pflanzenhormone schneller aus der Pflanze gespült. So kann beispielsweise ein Hormon, das Pflanzen im Alter sterben lässt, durch den Organismus wandern, bevor es wirksam wird.
Astronauten sind nicht die einzigen, die von dieser Forschung profitieren werden. Durch die Steuerung des Luftdrucks, beispielsweise in einem Erdgewächshaus oder einem Vorratsbehälter, kann möglicherweise das Verhalten bestimmter Pflanzen beeinflusst werden. Wenn Sie beispielsweise Obst bei niedrigem Druck lagern, hält es viel länger. Dies liegt an der schnellen Eliminierung des Hormons Ethylen, das dazu führt, dass Früchte reifen und dann verrotten. Landwirtschaftliche Produkte, die in Niederdruckbehältern von einer Küste zur anderen transportiert werden, könnten so frisch in Supermärkten ankommen, als wären sie an diesem Tag gepflückt worden.
Es bleibt noch viel zu tun. Ferls Team untersuchte, wie Pflanzen auf eine kurze Zeit mit niedrigem Druck reagieren. Es bleibt noch zu bestimmen, wie Pflanzen darauf reagieren, längere Zeit - wie ihr ganzes Leben - unter hypobaren Bedingungen zu verbringen. Ferl hofft auch, Pflanzen bei einer größeren Druckvielfalt untersuchen zu können. Es gibt eine ganze Reihe von Genen, die bei unterschiedlichen Drücken aktiviert werden, sagt er, und dies deutet auf eine überraschend komplexe Reaktion auf Umgebungen mit niedrigem Druck hin.
Um mehr über diese genetische Reaktion zu erfahren, sind Ferls Gruppe Bioengineering-Pflanzen, deren Gene bei Aktivierung grün leuchten. Darüber hinaus untersuchen sie mithilfe der DNA-Mikrochip-Technologie bis zu zwanzigtausend Gene gleichzeitig in Pflanzen, die einem niedrigen Druck ausgesetzt sind.
Pflanzen werden eine außerordentlich wichtige Rolle dabei spielen, dass Menschen Ziele wie Mars und Mond erkunden können. Sie werden Astronauten weit weg von zu Hause mit Nahrung, Sauerstoff und sogar guten Mutes versorgen. Um Pflanzen außerhalb der Erde optimal nutzen zu können, „müssen wir die Grenzen für den Anbau bei niedrigem Druck verstehen“, sagt Ferl. "Und dann müssen wir verstehen, warum diese Grenzen existieren."
Ferls Gruppe macht Fortschritte. "Das Spannende daran ist, dass wir allmählich verstehen, was nötig ist, um Pflanzen wirklich in unseren Lebenserhaltungssystemen einzusetzen." Wenn es an der Zeit ist, den Mars zu besuchen, sind die Pflanzen im Gewächshaus vielleicht doch nicht so verwirrt.
Ursprüngliche Quelle: NASA Science News
