Erbsen wachsen an Bord der Internationalen Raumstation. Bildnachweis: Die Besatzung der ISS Expedition 6, NASA. klicken um zu vergrößern
Angst kann eine gute Sache sein. Es weist Sie darauf hin, dass möglicherweise etwas nicht stimmt und dass die Gefahr nahe ist. Es hilft, Signale zu initiieren, die Sie zum Handeln bereit machen. Aber während ein bisschen Angst Ihr Leben retten kann, verursacht ständige Angst großen Schaden. Die Hormone, die Ihren Körper in Alarmbereitschaft versetzen, schädigen auch Ihr Gehirn, Ihr Immunsystem und vieles mehr, wenn sie ständig durch Ihren Körper fließen.
Pflanzen werden nicht so ängstlich wie Menschen. Aber sie leiden unter Stress und gehen ähnlich damit um. Sie erzeugen ein chemisches Signal - Superoxid (O2-) -, das den Rest der Pflanze in Alarmbereitschaft versetzt. Superoxid ist jedoch giftig; Zu viel davon kann die Pflanze schädigen.
Dies könnte ein Problem für Pflanzen auf dem Mars sein.
Gemäß der Vision für die Weltraumforschung werden Menschen in den kommenden Jahrzehnten den Mars besuchen und erforschen. Sie werden unweigerlich Pflanzen mitnehmen wollen. Pflanzen liefern Nahrung, Sauerstoff, Kameradschaft und einen grünen Fleck weit weg von zu Hause.
Auf dem Mars müssten Pflanzen Bedingungen tolerieren, die ihnen normalerweise viel Stress verursachen - starke Kälte, Trockenheit, niedriger Luftdruck, Böden, für die sie sich nicht entwickelt haben. Die Pflanzenphysiologin Wendy Boss und die Mikrobiologin Amy Grunden von der North Carolina State University glauben jedoch, dass sie Pflanzen entwickeln können, die unter diesen Bedingungen leben können. Ihre Arbeit wird vom NASA Institute for Advanced Concepts unterstützt.
Stressbewältigung ist der Schlüssel: Seltsamerweise gibt es bereits Erdenwesen, die unter marsähnlichen Bedingungen gedeihen. Sie sind jedoch keine Pflanzen. Sie sind einige der frühesten Lebensformen der Erde - alte Mikroben, die am Meeresboden oder tief im arktischen Eis leben. Boss und Grunden hoffen, marsfreundliche Pflanzen zu produzieren, indem sie Gene von diesen extrem liebenden Mikroben ausleihen. Und die ersten Gene, die sie nehmen, sind diejenigen, die die Fähigkeit der Pflanzen stärken, mit Stress umzugehen.
Gewöhnliche Pflanzen besitzen bereits eine Möglichkeit, Superoxid zu entgiften, aber die Forscher glauben, dass eine als Pyrococcus furiosus bekannte Mikrobe eine verwendet, die möglicherweise besser funktioniert. P. furiosus lebt in einer überhitzten Entlüftung am Meeresboden, wird aber regelmäßig in kaltes Meerwasser gespuckt. Im Gegensatz zu den Entgiftungswegen in Pflanzen funktionieren die in P. furiosus über einen erstaunlichen Temperaturbereich von über 100 Grad Celsius. Das ist eine Schaukel, die dem entsprechen könnte, was Pflanzen in einem Gewächshaus auf dem Mars erleben.
Die Forscher haben bereits ein P. furiosus-Gen in eine kleine, schnell wachsende Pflanze eingeführt, die als Arabidopsis bekannt ist. "Wir haben unsere ersten kleinen Setzlinge", sagt Boss. "Wir werden sie anbauen und Samen sammeln, um eine zweite und dann eine dritte Generation zu produzieren." In etwa anderthalb bis zwei Jahren hoffen sie auf Pflanzen, die jeweils zwei Kopien der neuen Gene haben. An diesem Punkt können sie untersuchen, wie die Gene funktionieren: ob sie funktionelle Enzyme produzieren, ob sie der Pflanze tatsächlich zum Überleben verhelfen oder ob sie sie stattdessen irgendwie verletzen.
Schließlich hoffen sie, Gene von anderen extremophilen Mikroben zu pflücken - Gene, die es den Pflanzen ermöglichen, Trockenheit, Kälte, niedrigem Luftdruck usw. zu widerstehen.
Das Ziel ist natürlich nicht, Pflanzen zu entwickeln, die nur die Bedingungen des Mars überleben können. Um wirklich nützlich zu sein, müssen die Pflanzen gedeihen: um Pflanzen zu produzieren, Abfälle zu recyceln und so weiter. "Was Sie in einem Gewächshaus auf dem Mars wollen", sagt Boss, "wird in einer Randumgebung wachsen und robust sein."
Unter stressigen Bedingungen, bemerkt Grunden, werden Pflanzen oft teilweise stillgelegt. Sie hören auf zu wachsen und sich zu vermehren und konzentrieren sich stattdessen darauf, am Leben zu bleiben - und nicht mehr. Boss und Grunden hoffen, dies durch die Insertion mikrobieller Gene in die Pflanzen zu ändern.
"Indem Sie Gene aus anderen Quellen verwenden", erklärt Grunden, "betrügen Sie die Pflanze, weil sie diese Gene nicht so regulieren kann, wie sie ihre eigenen regulieren würde." Wir hoffen, die Fähigkeit der Pflanze, ihren eigenen Stoffwechsel als Reaktion auf Stress abzuschalten, kurzzuschließen. "
Wenn Boss und Grunden erfolgreich sind, könnte ihre Arbeit einen großen Unterschied für Menschen bedeuten, die hier auf der Erde in Randgebieten leben. In vielen Ländern der Dritten Welt, sagt Boss, „könnte eine Verlängerung der Ernte um ein oder zwei Wochen, wenn die Dürre kommt, Ihnen die endgültige Ernte bringen, die Sie für den Winter benötigen. Wenn wir die Trockenresistenz oder die Kältetoleranz erhöhen und die Vegetationsperiode verlängern könnten, könnte dies einen großen Unterschied im Leben vieler Menschen bewirken. “
Ihr Projekt ist langfristig, betonen die Wissenschaftler. "Es wird anderthalb Jahre dauern, bis wir tatsächlich [das erste Gen] in einer Pflanze haben, die wir testen können", betont Grunden. Es wird noch länger dauern, bis es auf dem Mars oder sogar in North Dakota eine kälte- und dürreliebende Tomatenpflanze gibt. Aber Grunden und Boss bleiben überzeugt, dass sie Erfolg haben werden.
"Es gibt da draußen eine Schatzkammer von Extremophilen", sagt Grunden. "Wenn einer nicht funktioniert, können Sie einfach zum nächsten Organismus übergehen, der eine etwas andere Variante von dem produziert, was Sie wollen."
"Amy hat recht", stimmt Boss zu. „Es ist eine Schatzkammer. Und es ist einfach so aufregend. "
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
