Zero gravity plantevækst eksperimenter leveret til rumstationen

Den seneste genforsyningsmission til den internationale rumstation leverede hundredvis af frø til rumfartsforskningslaboratoriet søndag, 17. december, at teste, hvordan planter vokser i det stressende miljø med nul tyngdekraft.

Dette er det fjerde plante-i-rum-eksperiment for University of Wisconsin-Madison professor i botanik Simon Gilroy. Hans laboratorium vil dyrke identiske frøplanter på Jorden under det månedlange eksperiment for at sammenligne deres vækst med og uden tyngdekraft. Forskerne studerer, hvordan planter reagerer på miljøer med lavt iltindhold skabt af ændringer i, hvordan vand og luft opfører sig i nul tyngdekraft.

Nyt udstyr vil give Gilroy mulighed for at dyrke sine planter under lys på rumstationen for første gang, giver mere realistiske forhold sammenlignet med tidligere eksperimenter i mørke. I endnu en første for Gilroys hold, astronauter vil tage billeder af levende planter, mens de vokser ved hjælp af mikroskoper på rumstationen.

Frøene blev leveret til rumstationen af ​​en SpaceX Dragon-kapsel opsendt af en genbrugt Falcon-raket. Efter det NASA-finansierede eksperiment slutter, astronauter vil anvende en fikseringsblanding for at stoppe væksten, før planterne fryses til overførsel tilbage til Jorden.

Gilroy siger, at tabet af tyngdekraft har overraskende virkninger på normalt verdslige ting, som hvordan vandet flyder - eller ikke gør det.

"Vand bliver virkelig klistret på rumstationen. Så hvis du svømmede, det ville bare klæbe til overfladen af ​​dig, det ville klæbe til din mund og du ville drukne, " siger Gilroy. "Og hvis du vander dine planter, vandet vil gerne klæbe til overfladen af ​​planterne og til rødderne, skabe et miljø med lavt iltindhold."

Gilroys team henvender sig til Arabidopsis - en lille sennepsplante, der er almindelig i planteforskning - for at besvare deres spørgsmål om plantevækst uden tyngdekraft. I deres nuværende eksperiment, forskerne dyrker mutant Arabidopsis, der reagerer stærkt på stress med lavt iltindhold, i hvert fald på jorden. De dyrker også Arabidopsis-planter, som de har konstrueret til at producere fluorescerende proteiner som reaktion på iltmangel. De fluorescerende planter vil blive afbildet i kredsløb af astronauter midt i eksperimentet.

"Det vil give os et kort over, hvor i anlægget der er lokalt iltfattigt stress, " siger Gilroy.

I en afvigelse fra tidligere eksperimenter, Arabidopsis-kimplanterne vil blive dyrket i lyset. Opgraderingen kommer efterhånden som Gilroys team får adgang til "veggie"-systemet, som blev brugt i 2015 til at dyrke salat, som astronauterne kunne spise. Veggie er udviklet af Madison-baserede ORBITEC.

Når prøverne er sikkert tilbage på Jorden, Gilroys laboratorium vil sammenligne mønstret for genekspression af rumdyrkede planter med deres modstykker dyrket på Jorden. De vil også lave deres egen billeddannelse af en anden fluorescerende markør for stress. I alt, dataene vil give forskerne mulighed for at spørge, om planterne oplever noget, der ligner jordbaseret iltmangel, eller belastninger, der er unikke for at vokse i rummet.

Eksperimentet og besætningens forsyninger blev lanceret den 15. december efter flere forsinkelser, med et startvindue på et enkelt sekund. For at forberede lanceringen, Gilroy og hans team rejste til Kennedy Space Center i Florida for at udføre adskillige tørløb og sætte frø op i specielle kamre. Derefter, flere dage før den planlagte lanceringsdato, forskerne fløj ned med nok frø til at klare seks forsinkede opsendelser. Hver forsinkelse, der varer mere end to dage, kræver, at eksperimentet nulstilles fuldstændigt, ellers kan frøene spire, før de ankommer til rummet, spolerer eksperimentet.

Mens rumfarende plantevæksteksperimenter som Gilroys fortsætter med at hobe sig op, hvad har biologer lært?

"Jeg tror, ​​at den største ting, vi har, er, at planter vokser okay i rummet, " siger Gilroy, bemærker, at i begyndelsen af ​​rumalderen, selv det var ikke garanteret. UW-Madison har en lang historie med sådanne eksperimenter, går tilbage til 1967. "Planter vokser godt nok til, for eksempel, gennemgå en hel livscyklus. Spørgsmålet er, hvor godt planterne vokser. Vi er stadig på niveau med at finde ud af, om problemerne i rummet er iboende for biologien, eller om vi bare ikke er rigtig gode rumgartnere endnu."

"Menneskeligt landbrug har stået på land i titusinder af år, " siger Gilroy. "Og vi er lige ved begyndelsen af ​​rumlandbrug. Vi har bare ikke gjort nok af det til at vide, hvad der er de rigtige måder at gøre tingene på."