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GRAVITATIONSBIOLOGIE

Forschung im Weltraum und auf der Erde

"Frühe Prozesse der Schwerkraftwahrnehmung im Modellsystem Chara und in Höheren Pflanzen - Untersuchungen in Mikrogravitation und auf der Erde" gefördert von BMBF durch DLR

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Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen

 

7. DLR Parabelflug-Kampagne

05. - 16. September 2005

Bordeaux

Funktionelle Charakterisierung der Schwerkraftrezeptoren in Höheren Pflanzen

A300 Parabel

 


 

Projekt-Tagebuch

Bilder zum Vergrößern anklicken!

++17.09.05++


Vom Winde verweht. Endlich mal so richtig Ausschlafen war die Devise des heutigen Morgens nach schlaflosen, anstrengenden, erlebnisreichen und sehr erfolgreichen Kampagnen-Tagen. Das Ausbauen den Racks, das Zusammenpacken und Festzurren der umfangreichen Laborausrüstung ist geschafft. Erstaunlich, was alles wieder in unserem HOKA-Bus Platz findet. Zum Abschied geht es noch einmal an den herrlichen Sandstrand. Aber aus dem entspannenden Sonnenbad wird nichts. Stattdessen sitzen wir trotz Sonne fröstelnd im Sandsturm und schauen staunend auf die riesigen Wellenberge des Atlantiks, in die uns heute keine zehn Pferde hineinbekommen. Gleich geht´s ab nach Hause …

Gruppenfoto mit Bus

Gruppe am Strand

Strandfrost

Surfer

++16.09.05++


So richtig Schwein gehabt… haben wir heute morgen. Erst einmal wieder Nebel und Startverschiebung. Eigentlich war aus Platzmangel nur Markus für den letzten Flugtag vorgesehen, doch dann geschieht noch in letzter Sekunde ein kleines Wunder – ein gestriger Mitflieger wollte sich einen weiteren Leidenstag nicht zumuten - und Christoph kann auch mitfliegen. Das ist auch bitter nötig, denn wir haben das Rack mit perfekten Keimlingen vollgestopft, die alle gleichzeitig behandelt und am Ende auch fotografiert werden wollen. Es wird wieder ein wunderbarer Flugtag über dem Mittelmeer, der durch ein paar kleine Freiflugeinheiten aufgelockert wird. Markus versucht das Jonglieren mit schwebenden Kressekammern und bewundert die Parabelflugkünste der Piloten im Cockpit, die scheinbar mühelos mit dem Airbus über Korsika Achterbahn fahren. Christoph praktiziert derweil das Fallschirmfliegen ohne Fallschirm. Zurück in Bordeaux gibt es dann eine kleine Feier zu Ehren der 6000. Parabel des Airbus A300 ZERO-G. Claudia bekommt endlich ihr ersehntes Foto mit Captain Gilles de Barzic. Es fällt schwer, sich auf das Rackausbauen und das Zusammenpacken zu konzentrieren, aber morgen geht es nach Hause, wo unzählige Daten auf die Auswertung warten. A bientôt!

Markus

Christoph

Gruppenfoto

Claudia und Gilles

++15 .09.05++


Einen Punkt fixieren und dann ganz still liegen ... ist der Ratschlag, den Nicole heute vor ihrem ersten Parabelflugeinsatz zusammen mit Jens für die Hypergravitationsphasen mehrfach zu hören bekommt. Aber zunächst wird der Start wegen unglaublich dichten Nebels auf den Nachmittag verlegt. Jetzt heißt es schnell entscheiden, welche Keimlinge werden dann noch fit genug sein, welche müssen durch bessere ersetzt werden, wird die Rhizoidzelle aus dem Fokusbereich herausgewachsen sein? Dann geht es endlich los. Werden aber die Medikamente noch wirken? Jens bedient mit unerschütterliche Ruhe die Rackapparaturen und auch Nicole bewährt sich hervorragend, dreht auch gleich nach kurzer Eingewöhnungsphase einige Loopings in der ´free floating zone´. Wigald Boning lässt dort zwei Goldfische in einer Wasserblase schweben und versucht sich als Pilot eines fliegenden Teppichs.

Gruppenfoto
 

Nicole und Jens

 

Nicole

 

Jens

++14.09.05++


Mit leuchtenden Augen kommen Christoph und Claudia heute Mittag aus dem Flieger und stellen sich mit den anderen Experimentatoren und der Crew zum Gruppenfoto auf. Chefpilot Gilles erzählt uns zwar beim ´Debriefing´, dass die ersten Mikrogravitationsphasen nicht perfekt waren, aber Christoph und Claudia haben jede Sekunde genossen. Sie haben tolle Fotos von schön einheitlich gekrümmten Keimlingen mitgebracht und hatten sogar noch ein wenig Zeit für ein wenig sportliche Betätigung zur Entspannung. Als kleiner Wermutstropfen ist gleich am Anfang des Experiments die Mikroskoplampe durchgebrannt und verdarb uns die Videodokumentation der Statolithenbewegungen in Protonema-Zellen. Ob wir morgen wieder so schöne Zellen haben werden, ist sehr ungewiss. Unser Arbeitspensum wird endlich etwas geringer, weil wir täglich weniger Samen ansetzen müssen, morgen nur noch Kresse für den letzten Flugtag. Insgesamt werden wir dann etwa 20.000 Samen einzeln in die Flug-Küvetten eingesetzt haben.

Airbus im Morgennebel

Claudia und Christoph beim Floating

Free-floating im Doppelpack

Gruppenfoto

++13.09.05++


Et hätt at wedde jot jejange! Nach einem herzlichen und etwas wehmütig klingenden ´Lebt wohl und viel Glück´ von DLR-Kampagnenleiterin Frau Dr. Friedrich hebt der A300 ZERO-G ab in den nebligen Morgenhimmel und fliegt in Richtung Atlantik. Wenig später sitzen Jens und Markus am Rack, starten alle Programme und Aufnahmegeräte und 10min vor der ersten Parabel dann das eigentliche Experiment. Arabidopsis scheint kalte Füße bekommen zu haben. Die Würzelchen sind so schlecht gewachsen, dass wir den kostbaren Platz lieber mit Gras-Keimlingen (Lolium) besetzen. Nach dem ersten mulmigen Gefühl beim steilen Hochziehen mit 2g stellt sich dann schnell das schon vertraute grandiose Schweben in fast perfekter Schwerelosigkeit ein. Leider nur für 22s, dann rast der Airbus wieder steil hinunter zum Atlantik und wird nach 2 km Sturzflug 31mal von den drei Piloten erfolgreich abgefangen. Anders als einigen Wissenschaftlern haben unsere Pflänzchen keine Spucktüten benutzt - sie haben sich vorbildlich gekrümmt. Die ersten Daten sind gesammelt. Morgen werden Christoph und Claudia das Vergnügen haben, weitere sammeln zu dürfen.

Markus und Jens

Airbus vor Start

Jens als Buddha

Markus floating

++12.09.05++


Always remember: Yourrr seat is yourrr safety… hören wir heute wieder beim ´safety briefing´ von Flugkapitän Gilles de Barzic und Cabin Chief Alain, die uns mit trockenem Humor in die Gefahren und Sicherheitsbestimmungen des Parabelfliegens einweihen. Wem schon beim normalen Start mit 18 Grad Steigung etwas Unwohl wird, der wird mit Grausen an die 47 Grad Steigung zu Beginn jeder Parabel denken. Abwechselnd das Doppelte zu wiegen, dann schwerelos abzuheben und schließlich wieder mit 2g auf den Boden gepresst zu werden – und das 31-mal innerhalb von 2 Stunden - mag nicht jedem liegen. Wir dagegen freuen uns darauf, gehören schließlich schon zu den erfahrenen alten Hasen. Da können uns auch die Erläuterungen des Arztes nicht schrecken, der uns in schillernden Farben ausmalt, was unserem Gehirn und Magen dabei so alles Spanisch vorkommt – neurosensorischer Konflikt nennt das der Fachmann. Witzigerweise gibt es dann beim Begrüßungs-Cocktail am Abend all die guten Dinge, die man vor dem Flug tunlichst meiden sollte.

TV-Aufnahme

Security Briefing

Flight doctor

Welcome Cocktail

++11.09.05++


La Rochelle war den Besuch wirklich wert, auch wenn wir erst nach dem obligatorischen Ansetzen der Flugproben gegen 12:30 Uhr losfahren konnten. Nicole hat durch ihr tägliches Ansetzen soviel Vertrautheit mit ihren Reiskörnern entwickelt, dass sie heute eine freudige Erwartung der Körnchen festzustellen meinte, die wohl spürten, dass sie am Dienstag fliegen werden. La Rochelle entpuppte sich als sehr liebenswürdige Stadt mit mittelalterlichem Flair, kleinem gemütlichen Hafen, schöner Festungsmauer, netter Altstadt und zahlreichen Motiven für die locker sitzenden Kameras deutscher Wissenschaftler auf Entspannungstour. Zum Glück kam häufig die Sonne zwischen dunklen Wolken hervor. Beim Besuch im Aquarium konnten wir uns so richtig in die Quallen, Fische und anderes Meeresgetier hereinversetzen, die scheinbar schwerelos vor unseren Augen im Wasser schwebten. In den nächsten Tagen werden wir dann an der Reihe sein und dieses Gefühl wieder genießen dürfen.

Ansetzen

Hafen La Rochelle

Taxi-Schild

Qualle

Hai Aquarium

++10.09.05++


Origami ist es nicht, was wir heute morgen basteln, sondern das Improvisieren von Abdeckhauben für die Ausschwingkammern unserer Rackzentrifuge aus Pappe. Statt wohlverdientem Erholungsprogramm mit Ausflug in die Umgebung stehen heute erst einmal wieder das Ansetzen der Keimlinge und letzte Bastel- und Ausbesserungsarbeiten auf dem Programm. Am Nachmittag bleibt dann leider nur noch Zeit für einen kleinen Spaziergang an der Atlantikküste, wo wir etwas neidisch den Künsten von Freizeitfischern und eines einsamen Windsurfers zuschauen. Zum Hineinstürzen in die heute sehr lebhafte Brandung können wir uns bei bedecktem Himmel, starkem Wind und leichtem Nieselregen beim besten Willen nicht durchringen.

Origami

Gruppenbasteln

Fischen

Surfer

++09.09.05++


Falling apart … Wie nicht anders zu erwarten war, gehen heute bei der Generalprobe Teile des Racks kaputt, die man beim besten Willen nicht auf der Liste hatte und für die wir auch keine Ersatzteile haben. Allerdings gibt es nichts, was uns jetzt noch schocken, geschweige denn aufhalten kann. Zur Not muss eben Sekundenkleber her. Unsere am Vortag mühsam ausgeklügelten Arbeitsanweisungen und Prozeduren überstehen die Praxistests natürlich auch nur rudimentär und werden komplett überarbeitet. So ist wieder nur wenig Zeit fürs Mittagessen. Aber in Frankreich ist Baguette, Salami und Käse im Fond unseres gutmütigen HoKa-Bus genossen sowieso viel authentischer. Als kleinen Trost haben wir uns am Abend frische Crevetten, Oliven, Cornichons und wunderbaren Käse gegönnt.

Halter

Arbeitsanweisung

Picnic

Abendessen

++08.09.05++


Chaos, Basteleien und blanke Nerven scheinen heute im Flieger vorzuherrschen. Doch weit gefehlt. Im Durcheinander steckt irgendwie dann doch Methode. So findet jedes Teil seinen Platz, jedes Gerät wird überprüft und alle Handgriffe werden bis ins letzte Detail mehr oder weniger lautstark diskutiert und dann geübt, geübt, geübt… Die Ausschwingküvetten müssen sich reibungslos beim Einschalten der Zentrifuge drehen, damit die Kontrollproben während der Schwerelosigkeit einen 1g-Reiz in ihrer ursprünglichen Richtung erfahren. Das erfordert millimetergenaue Abstimmung von Halter und Probenkammer. Um die optimalen Kameraeinstellungen für das Abfotografieren der gekrümmten Wurzeln und Sprosse zu finden, sind geduldiges Ausprobieren und zahlreiche Belichtungstest nötig – aber am späten Nachmittag scheint endlich alles zu stimmen. Da es heute Bindfäden regnet, bleibt am Abend noch genügend Zeit, alle flüchtigen Notizen und Krakeleien in wissenschaftlich tadellose Protokolle zu verwandeln.

Durcheinander

TV-Team

Ausschwingküvetten

Proben

++07.09.05++


Der Einbau des Racks in den A300 Zero-G ist nach zwei erfolgreichen Kampagnen im letzen Jahr schon fast Routine. Trotz Reisemüdigkeit ist heute frühes Aufstehen angesagt, um das Einsetzen der täglich ca. 2000 Samen zu schaffen. Bei Novespace treffen wir nach dem 'Check-in' die altbekannten Vielflieger und auch noch unerfahrene, unerschrockene, aber auch ein wenig skeptisch dreinblickende Neulinge. Letzte Lötarbeiten an der selbst konstruierten Video-Kamerabox für Kresse bewältigt Jens souverän, dann ist das Rack fertig zum Einbau in die gepolsterte Flugzeugkabine. Ein Fernsehteam aus Deutschland begleitet uns auf Schritt und Tritt und Markus gibt sich Mühe, die wissenschaftliche Fragestellung des Experiments ´allgemein verständlich rüberzubringen´. Am Abend lockt uns eine wunderbare Abendsonne an den Strand und ein Sprung in die kühlen, mannshohen Wellen hilft schnell, die Müdigkeit und Anspannung des ersten Tages los zu werden. 

Anzucht

Kamerabox

Team_Rackverladung

Atlantik!!!

++06.09.05++


Ankunft in Arès bei Bordeaux... in unserem Quartier und improvisierten Labor am Becken von Arcachon. Nach einer langen, zum Glück aber auch relativ ereignislosen, nächtlichen Fahrt durch das schlafende Frankreich haben wir gleich das Appartment in eine wissenschaftliche Wohn- und Arbeitstätte umgebaut. Kein Spielzeug-Hubschrauber, sondern eine uralte Handzentrifuge eignet sich wunderbar zum Abzentrifugieren der Arabidopsis-Samen. Nach dem Motto - ein Wissenschaftler kennt mit dem entsprechendem Outfit keinen Schmerz - haben wir schon die ersten drei Dutzend Küvetten mit etwa 2000 Samen auf unserem Labor-Balkon bei kühlen Temperaturen und leichtem Regen angesetzt. Morgen werden wir zum Flughafen nach Merignac fahren und unser Rack in den A300-Zero-G einbauen. Wir freuen uns schon darauf, unseren alten "Kotzbomber" wiederzusehen.

Team Abfahrt

Jens im Tiefschlaf

"High-Tech"-Zentrifuge

Ansetzen in der "Hood"

++26.08.05++


Das Team. Nachdem alle aus dem Urlaub zurückgekehrt sind, ist unser Team für die Kampagne komplett. Nicole wird zum ersten Mal erfahren, wie es sich anfühlt, innerhalb weniger Sekunden sein komplettes Körpergewicht zu verlieren (und danach verdoppelt wiederzuerlangen ...). Christoph, der bei der 6.DLR-Kampagne in Köln nicht dabei sein konnte, freut sich darauf, den A300-Zero-G in Bordeaux wiederzusehen. Und mit an Bord sind natürlich unsere "Vielflieger" Claudia, Jens und Markus. Inzwischen ist auch unser Logo fertig: CHARABOLIX 3. Die Betonung liegt diesmal aber nicht auf 'Chara', sondern auf 'ARAB'idopsis als Vertreter der Höheren Pflanzen, die bei dieser Kampagne im Mittelpunkt des Interesses stehen.

Gruppenfoto

Logo Charabolix 3

++24.08.05++


Und sie dreht sich doch...
Unsere gute alte On Board-Zentrifuge machte uns zunächst Sorgen wegen leichter ´Kreislaufstörungen´. Die hat Jens (übrigens heute Geburtstagskind!!! Happy Birthday!!!) dank seines elektronischen Daumens und mit Hilfe einiger Kleinteile wieder im Griff. Und so können wir nun auch die Hypergravitationskontrollen mit Arabidopsis, Reis und den anderen Graskeimlingen durchführen. Die Anzucht ist Routine geworden, aber immer noch brummt uns nach einiger Zeit der Kopf und die Pinzette flimmert vor den Augen beim Einsetzen der Dutzenden von winzigen Arabidopsis-Samen in die Phytagel-Schicht der neuen Plexiglasküvetten. Aber wir sind zufrieden - die Keimlige wachsen gleichmäßig und kerzengerade und fiebern wohl auch wie wir den Parabelflügen entgegen. Heute in 3 Wochen werden wir zum ersten Mal in die Luft gehen! 

Fugostat

Ansetzen Claudia und Christoph

++11.08.05++


Neues aus dem Kräutergarten ...
Es ist nicht nur der Umzug in die Kirschallee, der von uns einiges Umdenken abverlangt, auch den neu hinzu gekommenen Pflänzchen will das Geheimnis ihrer optimalen Anzucht und Wachstumsbedingungen entrissen werden. Aber wir scheinen auf einem guten Weg zu sein – Claudia und Anna, unsere Sokrates-Studentin (hier im Bild), haben die Arabidopsis-Keimlinge gut im Griff; Nicole und Jens sind inzwischen Experten mit dem grünen Daumen für die Anzucht von Koleoptilen von Phleum (Wiesenlieschgras), Lolium (Weidelgras) und Oryza (Reis). Die ersten Flugsimulationsexperimente stimmen uns zuversichtlich.

Jens Aquarium

Anna Flugsimulation

Jens Reis

++02.08.05++


Starring ... Die Hauptakteure sind dieses Mal – außer uns – die Höheren Pflanzen in Gestalt der Keimlinge der Ackerschmalwand (Arabidopsis), vom Wiesenlieschgras (Phleum) und von Reis (Oryza). Alle registrieren in Sekunden Änderungen ihrer Lage in Bezug zum Schwerkraftvektor und richten sich schnell wieder pefekt aus. Das nutzen wir aus, um im Verlauf des zweistündigen Parabelfluges die Funktionsweise ihrer Schwerkraftrezeptoren zu untersuchen, was bislang noch niemandem gelungen ist. Vor dem Erfolg stehen aber bekanntlich die Anzucht unzähliger Keimlinge, die Kontrollexperimente und viel Statistik.

Arabidopsis

Oryza

Phleum

++29.07.05++


Herzlich willkommen! Die Vorbereitungen für unser Experiment der 7. DLR- Parabelflugkampagne vom 05. - 16. September 2005 in Bordeaux laufen auf Hochtouren. Zurzeit werden im Labor die notwendigen Kontrollexperimente durchgeführt. Jens gibt außerdem unserem Experiment-Rack den letzten Schliff. In Kürze finden Sie hier aktuelle Meldungen und Bilder zum Stand der Vorbereitungen. Natürlich halten wir Sie auch während der Kampagne im September immer auf dem Laufenden, damit Sie mit uns mitfiebern können. Auch wenn es noch 6 Wochen dauert bis es wieder losgeht, bei uns ist das Flugfieber schon längst ausgebrochen!

A300 Heckflosse

Tragfläche Pull up

 

Wissenschaftliche Zielsetzung

Mit Hilfe dieses Parabelflugexperiments werden Sensormechanismen untersucht, mit denen Pflanzen die optimale Ausrichtung ihrer Organe (Sproß, Wurzel, Äste usw.) kontrollieren und eine unerwünschte Lageveränderung wahrnehmen und korrigieren (Gravitropismus, Gravimorphose). Diese überlebenswichtigen zellulären Mechanismen bedienen sich des einzig konstanten Umweltparameters, der Schwerkraft. Nach Lageveränderung von Pflanzenorganen, wenn z.B. durch Sturm Getreidehalme niedergedrückt wurden, verlagern sich kleine Partikel (Statolithen) in speziellen schwerkraftwahrnehmenden Zellen in Richtung der Schwerkraft. Membranständige Sensormoleküle (Rezeptoren) in speziellen Zellen nehmen diese Verlagerung wahr. Sie werden durch die Statolithenverlagerung aktiviert und setzen eine Kette von Reaktionen in Gang, die über eine lokale Änderung des Streckenwachstums bestimmter Zellen zur Korrektur der Ausrichtung führt; der Getreidehalm richtet sich wieder auf und die Frucht verfault nicht auf der feuchten Erde.
Die Schwerkraft-Rezeptormoleküle der Pflanzen sind zwar noch unbekannt, doch wie sie funktionieren bzw. wie sie aktiviert werden, lässt sich mit Parabelflugexperimenten gut untersuchen. Das Beschleunigungsprofil des Parabelflugs bietet die denkbar besten Bedingungen für Untersuchungen, die zeigen werden, ob es sich bei dem Schwerkraftrezeptor der höheren Pflanzen um eine Art von Mechanorezeptor handelt, der wie ein Druckschalter funktioniert und durch das Gewicht der Statolithen oder durch Statolithen-vermittelten Zug aktiviert wird, wie für höhere Pflanzen postuliert wurde, oder ob ein Kontakt mit den Statolithen über molekulare, physiologische oder elektrische Wechselwirkungen den Rezeptor aktiviert (Kontaktrezeptor). Das Experiment wird zeigen, ob Statolithen, die während der kurzen Mikrogravitationsphasen von jeweils 22s schwerelos sind, die Schwerkraftrezeptoren weiterhin aktivieren oder nicht. Fallen die Krümmungsreaktionen bei Flugproben deutlich geringer aus als bei Kontrollproben, die keine Mikrogravitationsphasen erfahren und deren Statolithen nicht schwerelos sind, so deutet dies auf druckaktivierte Mechanorezeptoren hin. Sehr änliche Krümmungsreaktionen sprechen dagegen für einen Rezeptor-Aktivierungsmechanismus, der unabhängig vom Gewicht der Statolithen verläuft.
In vorangegangenen Parabelflugexperimenten haben wir den Gravirezeptor in dem einzelligen Rhizoid der Grünalge Chara als einen Kontaktrezeptoren identifizieren können.
 

... mehr wissenschaftl. Hintergrund (PD. Dr. Markus Braun, engl.)

.... weitere aktuelle Projekte

 

Experiment-Hardware

 

Rack

Rack Schema Frontansicht

 Rack Schema Seitenansicht

Experiment Rack ´CHARABOLIX´

Das Rack besteht aus Alu-Profilen und Alu-Platten. Auf der Bodenplatte befindet sich eine Zentrifuge für on-board Kontrollen. Auf der oberen Aluplatte sind vibrationsgedämpft ein schwenkbares Mikroskop zur Beobachtung der Statolithenverlagerungen, ein Notebook zur Video- und Datenspeicherung und die schwenkbar angebrachten Experiment-Container befestigt, die schon im SpaceShuttle geflogen sind (IML-2, S/MM-05).

 

 

Das Team

Team Charabolix 3

Markus Braun, Nicole Greuel, Claudia Schäfer,
Christoph Limbach, Jens Hauslage (v.l.n.r.)

 

 Wir danken der Firma

HoKa Lüftungsformteile GmbH, Hennef 

für die freundliche und großzügige Unterstützung unseres Projektes !!!