Tijdens de nieuwste bevoorradingsmissie naar het internationale ruimtestation werden er op zondag 17 december honderden zaden afgeleverd om te testen hoe planten groeien bij gewichtloosheid.
Dit is het vierde planten-in-ruimte experiment voor plantkundehoogleraar Simon Gilroy, van de Universiteit van Wisconsin-Madison. Tijdens het maandenlange experiment zal zijn laboratorium identieke zaailingen op aarde telen om hun groei met en zonder zwaartekracht te vergelijken. Bestudeerd wordt hoe planten reageren op zuurstofarme omgevingen die ontstaan door veranderingen in het gedrag van water en lucht onder gewichtloosheid.
Het bevoorradingsschip 'Dragon' afgebeeld op slechts 10 meter afstand van de Canadarm2 van het ruimtestation tijdens de bevoorrading op 17 december. Foto: NASA
Dankzij nieuwe apparatuur zal Gilroy zijn planten op het ruimtestation voor het eerst onder licht kunnen telen, waardoor de omstandigheden realistischer zijn in vergelijking met eerdere experimenten in het donker. Een andere primeur is dat astronauten met microscopen op het ruimtestation afbeeldingen zullen maken van de levende planten terwijl ze groeien.
Simon Gilroy
De zaden werden aan het ruimtestation geleverd door een SpaceX Dragon-capsule, gelanceerd door een hergebruikte Falcon-raket. Wanneer het door NASA gefinancierde experiment eindigt, zullen astronauten een fixeermiddel toepassen om de groei te stoppen voordat ze de planten invriezen voor de terugkeer naar de aarde.
Gilroy zegt dat gewichtloosheid verrassende gevolgen heeft voor alledaagse dingen, zoals hoe water stroomt – of niet: "Water wordt op het ruimtestation heel plakkerig. Als je zou gaan zwemmen, zou het aan je blijven plakken, ook aan je mond en je zou verdrinken. En als je de planten water geeft, wil het water aan het oppervlak van de planten en de wortels blijven kleven waardoor een zuurstofarme omgeving ontstaat."
Om hun gewichtloosheidsstudies uit te voeren, gebruikt Gilroy's team Arabidopsis, een veel voor plantenonderzoek gebruikte kleine mosterdplant. In de huidige proeven telen de onderzoekers gemodificeerde Arabidopsis die – op aarde – sterk reageert op zuurstofarme stress. Ook telen ze Arabidopsisplanten die ze ontwikkelden om fluorescente eiwitten te produceren in reactie op zuurstofgebrek. Deze zullen tijdens het experiment door astronauten worden gefotografeerd. Hierdoor zullen ze volgens Gilroy kunnen zien waar in de plant er plaatselijke zuurstofarme stress is.
Bakken met zaden van de Arabidopsis-mosterdplant, die op het internationale ruimtestation zullen worden geteeld om hun reactie op gewichtloosheid te testen. Foto: NASA
In afwijking van eerdere experimenten worden de Arabidopsis-zaailingen dus onder licht geteeld. Dit is mogelijk door toegang van het Gilroy-team tot het 'veggie'-systeem dat in 2015 werd gebruikt om sla voor astronauten te telen. Veggie is ontwikkeld door ORBITEC, in Madison.
Wanneer de monsters terug zijn op aarde zal het laboratorium van Gilroy het patroon van genexpressie van in de ruimte geteelde planten vergelijken met dat van hun aardse tegenhangers. Hierbij zal ook een andere fluorescente merker voor stress bekeken worden. Door dit alles zullen onderzoekers kunnen bepalen of de planten iets ervaren dat lijkt op aards zuurstofgebrek of stress die uniek is voor teelt in de ruimte.
De lancering van het experiment en de bemanning op 15 december werd voorafgegaan door een degelijke voorbereiding door Gilroy en zijn team op het Kennedy Space Center in Florida, rekening houdend met mogelijke vertragingen. Elke langer dan twee dagen durende vertraging zou de zaden onbedoeld voor aankomst in de ruimte kunnen doen ontkiemen.
Wat hebben biologen eigenlijk geleerd in de loop van diverse plantengroei experimenten zoals die van Gilroy?
Lancering van de Falcon 9 vanaf Cape Canaveral met de Dragon bevoorradingscapsule naar het internationale ruimtestation ISS, om 10:36 uur EST, met ongeveer 4800 kilo aan vracht en materiaal. Foto: NASA
Volgens Gilroy is de grootste prestatie tot dusver de ontdekking dat planten goed groeien in de ruimte. Aan het begin van het ruimtetijdperk was dit niet gegarandeerd. UW-Madison doet al sinds 1967 dit soort experimenten. "Planten groeien goed genoeg om het een hele levenscyclus uit te houden. De vraag is hoe goed de planten groeien. We proberen er nog steeds achter te komen of de omstandigheden in de ruimte die de plantenbiologie affecteren onoverkomelijk zijn of dat we gewoon nog geen goede ruimtetuinders zijn."
"Op aarde doen we al tienduizenden jaren aan landbouw. En we beginnen nu pas met ruimtelandbouw. We hebben er gewoon nog niet genoeg van gedaan om te weten wat de juiste aanpak is."
