Simulering af G-kraft til at teste opfattelsen af ​​plantens tyngdekraft i sennepsfrøplanter

Når planter på Jorden søger næringsstoffer og vand, hvad driver deres retning? Meget enkelt, tyngdekraften hjælper dem med at finde den letteste vej til de stoffer, de har brug for for at vokse og trives. Hvad sker der, hvis tyngdekraften ikke længere er en del af ligningen?

Botanikere fra Ohio Weslyan University udnytter mikrogravitationsmiljøet på den internationale rumstation til at studere rodvækstadfærd og sensoriske systemer i en undersøgelse kendt som Gravity Perception Systems (Plant Gravity Perception). Forskerne leder efter tilpasningsevne til mikrogravitation og måler den generelle følsomhed over for simuleret tyngdekraft for to stammer sennepsfrøplanter, inklusive Arabidopsis thaliana Wild Type og en stivelsesfri genetisk variant. Inden for vildtypen, stivelse virker som en vægt, falder inden i rodspidserne og driver dem mod Jorden.

Som hovedforsker for Plant Gravity Perception, botaniker Chris Wolverton beskriver undersøgelsens centrale spørgsmål:"Vi vil gerne vide - hvad er den mindste mængde tyngdekraftsanlæg, der kan opdage for at forårsage fald af tunge [stivelsesholdige] kroppe i deres celler?"

Undersøgelsen udsætter begge stammer for trinvise tyngdekraftmængder, der spænder fra fire tusindedele eller 0,004G - helt op til en G. Til sammenligning, tyngdekraften, der opleves på Jorden, er konstant G.

Hvorfor inkludere to typer frøplanter? Mens nøjagtige tærskler for stivelsesholdige stammer er dårligt forstået, responsmekanismer for stivelsesløse genetiske varianter er endnu mere et mysterium.

Plant Gravity Perception bruger acceleration fra European Modular Cultivation System (EMCS) til at simulere tyngdekraften. Frøplanter lægges først i frøkassetter, derefter justeret langs radiale blade af en centrifugalrotor. Dette lader efterforskere kontrollere intensiteten af ​​tyngdekraften, der opleves på et hvilket som helst tidspunkt langs rotationsarmene, test af hundredvis af fraktionerede tyngdekraftgrader på et enkelt tidspunkt gennem kontrollerede spins.

Ligesom de populære forlystelser på karneval, der spinder ryttere og får dem til at "klæbe" til væggene, denne undersøgelse øger støt eksponeringen af ​​g-kraft for at teste de ydre grænser for plantes perceptuelle evner. Når centrifugens arme drejer rundt, forskere håber at finde ud af præcis, hvor vækstresponsen begynder.

Mest interessant af alt kan være de stivelsesløse planters reaktioner. Selv for dem uden stivelse, frøplantenes mutante form kan stadig beholde det samme sensoriske opfattelsessystem som deres fætre. Disse planter kan stadig mærke tyngdekraften, men reagerer kun ved højere tærskler, slet ikke kunne bevæge sig, eller brug helt andre tegn til at bestemme vækstretning. Når centrifugens acceleration er slukket, forskere kan også måle frøplantenes reaktion på mikrogravitation og etablere en baseline.

Som fotosyntetiske organismer, planter er også meget følsomme over for lette signaler til vækst. Ved hjælp af rettet lys, Plant Gravity Perception leverer yderligere væksttegn på forskellige punkter for at teste forholdet mellem lysopfattelse og tyngdekraftsopfattelse. Hjemme igen, botanikere kan se optagelserne for at vurdere svar.

Selvom det kredsende laboratorium regelmæssigt leveres igen, besætningsmedlemmer skal forbruge friske leverancer hurtigt. For at supplere et stort udbud af stabile fødevarer på hylden, rumstationsundersøgelser som Veg-03 sætter astronauter i stand til at fungere som gartnere og supplere deres kost med håb om at tilføje ernæringsmæssig variation og reducere nyttelastvægten dedikeret til fødevarebutikker.

Mens frøplanter fra Plant Gravity Perception ikke ender på astronauternes plader, deres undersøgte vækst fremmer vores viden om perceptuelle tærskler og gør det lettere at vælge passende havegrøntsager, der sandsynligvis vil trives i rummet til fremtidig rumfart med lang varighed, herunder efterforskningsmissioner ud over lav jordbane.

For Jorden, Wolverton bemærker, at tyngdekraftsopfattelsen i rødder "påvirker, hvor effektiv en plante er, hvor lydhør den er over for tørkeforhold, til oversvømmelser, til gødning. "

Han tilføjer, "Hvis vi bedre forstod, hvordan [tyngdekraften] opfattes ... åbner det en hel kilde til egenskabsavl og genetisk variation, som vi kan se til." Dette ville gøre det muligt for landbrugere at vælge rodvækst, der er passende til forskellige befrugtningsniveauer, jordsammensætning og miljømæssige ekstremer.