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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

 

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36th ESA Parabelflug-Kampagne

16. - 26. März 2004

Projekt: Charabolix I

A300 in Parabel

 


 

Projekt-Tagebuch

Bilder zum Vergrößern anklicken!

++26.03.04++

Katerstimmung... ... die Austern des gestrigen After-Flight Dinners haben bei uns keine unerwünschten Nebenwirkungen hinterlassen. Das Abschiednehmen vom A300-ZERO-G fällt schwer. Wer hätte gedacht, dass man einen Airbus so richtig liebgewinnen kann. '1g den ganzen Tag, kaum zu ertragen' - Christophs Kommentar trifft die Stimmung gut. Das Charabolix-Rack ist ausgebaut und schon wieder sicher in unserem HOKA-Kleintransporter vertäut. Heute werden Claudia und Markus noch sorgfältig alle Zellreaktionen des letzten Flugtags dokumentieren und alle Daten sichern. Christoph und Jens packen derweil die Laborkiste. Heute abend geht es zurück in Richtung Heimat. Eine Parabelflugkampagne geht zu Ende, die uns nicht nur einzigartige wissenschaftliche Erkenntnisse, sondern auch ganz außergewöhnliche Erlebnisse und Erfahrungen beschert hat, die wir so schnell nicht vergessen werden.

Last, but not least – Danke Andreas für das unermüdliche tägliche Updaten der Homepage!

260304 Auswertung

260304 Einpacken

260304 A300 Heckflosse

++25.03.04++

3, 2, 1…Pull up. Heute durfte dann endlich auch Claudia die Faszination von Schwerelosigkeit und Hypergravitation am eigenen Leib erfahren und in vollen Zügen genießen. Was aber noch wichtiger ist: Heute gab es wieder 31 Parabeln am Stück und wir konnten jede Menge Proben fliegen und Daten sammeln. Die Auswertung wird uns noch wochenlang beschäftigen, aber wir können jetzt schon sagen, dass die drei Flugtage für uns außerordentlich erfolgreich waren. Wir hatten keinerlei Ausfälle zu beklagen, weder technischer noch personeller Art. Da werden heute abend doch wohl ein paar Austern erlaubt sein, oder...? An dieser Stelle auch mal ein ganz herzliches Dankeschön an ESA und NOVESPACE für die hervorragende Organisation und Durchführung der Kampagne! Und eins steht für uns fest: Wissenschaft darf auch Spaß machen!

 

250304 A300 Flügel Parabel

250304 Claudia

 250304 Markus

250304 Wasserflasche

 

++24.03.04++

Rauf und runter, immer munter... mit Happy End (?). Der 2. Flugtag beginnt mit Kälte, Rauhreif und viel Sonne. Ruhiges Flugwetter? Chara scheint ein großer Fan des Parabelfliegens zu sein. Alle Chara-Knoten produzieren enorme Mengen an wunderschönen Rhizoiden. Etwas übernächtigt beenden Claudia und Markus die Auswertung des ersten Flugtags, während Jens und Christoph es im Flieger nur bis zur 17ten Parabel schaffen. Dann das Aus über dem Atlantik – ein Stromgenerator gibt den Geist auf.  Rückkehr, Reparatur und um 16:45 Uhr geht es wieder los. Die letzten 13 Parabeln werden nachgeholt. Die Nacht wird lang. Werden die kurzen Flugprofile ausreichen, um uns die gewünschten Daten zu liefern? Wir bleiben optimistisch.

240304 Christoph 240304 Cockpit 240304 Jens

++23.03.04++

bumpy ride and shaky flight ...das waren die Kommentare der ESA- und Novespace-Offiziellen nach rauer aber erfolgreicher Landung. Schlechtes Wetter über dem Atlantik und Mittelmeer erschwerten die Parabelflugmanöver für die Piloten und die Crew. Es fehlen einfach die Worte, um zu beschreiben, was wir während der 31 Parabelflugmanöver durchlebt haben. Erst steht ein Elefant auf dem Magen, der dann in der nächsten Minute gefährlich nahe an den Mund heran schwupst (31mal in 2 Stunden). Oder einfach: Großartig, unbeschreiblich. Wissenschaftlicher gesehen: Das Experiment verlief ohne große Pannen und lieferte als wichtigste Erkenntnis: Die Statolithen verlassen die Membran während der Mikrogravitationsphasen nicht, was bedeutet, dass das ganze Experiment wirklich Sinn macht. Die Antwort auf unsere eigentliche Fragestellung, ob die Statolithen den Gravirezeptor durch Druck oder molekulare Wechselwirkungen aktivieren, werden wir allerdings erst heute nacht nach der langwierigen Auswertung von hunderten Zellen wissen. Morgen müssen dann Christoph und Jens fit sein für ein weiteres, leicht modifiziertes und optimiertes Experiment.

230304 Jens

230304 Markus

230304 Jens+Markus

++22.03.04++

Safety check und Briefing ...der Morgen beginnt mit einer sorgfältigen Kontrolle des Racks, bevor Spezialisten vom Flight-Test-Center CEV ihren safety check durchführen. Alle Ecken und Kanten werden inspiziert und an den Geräten wird geruckelt, dass uns Angst und Bange wird. Aber – Erleichterung - wir müssen nur einige Schrauben ein wenig fester anziehen. Während des Briefings am Nachmittag gibt es eine Präsentation und genaue Anweisung („to do´s“ and „not to do`s“) vom Chefpiloten und der Safety Crew. Der Kampagnenarzt erklärt präzise, warum unser Gehirn durcheinandergerät und die berühmten Papiertüten so attraktiv werden. Wie sind gespannt was uns erwartet – morgen früh geht es los.

220304 Safety Check

220304 Safety Briefing

++21.03.04++

Probieren geht über Studieren... unter diesem Motto haben wir das für seine medizinisch wertvollen Bordeaux-Traubenerzeugnisse bekannte St. Emilion besucht. Das schöne mittelalterliche Städtchen inmitten von idyllischen Weinfeldern im Dordogne-Tal ist geprägt von zahlreichen Kloster-, Kirchen- und Schlossruinen. Jedes noch so schäbbige Weingut nennt sich stolz Château und verfügt über unglaubliche Vorräte an hoch ausgezeichneten Prädikatsweinen in urigen Felsenkellern, die jeden Mikrobiologen jubeln lassen. Die Medizin hilft bei Parabelflugfieber. Wir sind nun felsenfest überzeugt: „et hätt noch immer joot jejange!“

210304 St Emilion

210304 Weinkeller

++20.03.04++

Savoir vivre... da Novespace uns heute nicht an den Airbus und an unser Rack heranläßt, beschränkt sich unsere Aktivität auf das alltägliche Ansetzen von Chara-Rhizoiden. Die Kontrolle der Armada von Kulturkammern zeigt zu unserer große Erleichterung, dass die Zellen wachsen wie der Teufel und scheinbar förmlich nach dem Parabelflug lechzen. Ein kurzer Besuch der Innenstadt von Bordeaux kann nur einen Baustellen-Fan beglücken. Nach einem Cafe-au-lait trösten wir unsmit der Zubereitung eines kargen französischen Mahls.

200304 Chara Anzucht

200304 Diner

++19.03.04++

Teufel im Detail. Trotz sorgfältigster Vorbereitung fallen uns immer noch kleine Verbesserungen und Änderungen ein, um das Experiment zu optimieren oder das Arbeiten zu erleichtern. Auch vor den Tücken der Technik sind wir nicht gefeit, so dass uns im Airbus niemals langweilig wird. Haltegurte werden verlegt, damit wir in der Schwerelosigkeit nicht hilflos in der Luft herumrudern. Eine eigenartige Vorstellung, dass uns jeder Knopfdruck vom Rack wegschweben läßt. Mehr und mehr füllt sich die Airbuskabine mit komplizierter Technik und wissenschaftlichem Gerät. Es wird eng und die Anspannung steigt.

190304 A300

190304 Markus

190304 Feierabend

++18.03.04++

Üben, üben, üben...  ist das Motto des heutigen Tages. Die Bedienung der einzelnen Rackelemente und der zeitliche Ablauf des Parabelflugexperiments müssen in Fleisch und Blut übergehen. Während des Flugs muss alles sitzen – dann können wir uns keine Missgriffe und Fehler leisten. Der Magen und unser Innenohr wird unter den wechselnden Beschleunigungen gewaltig leiden und die Durchführung des Experiments nicht gerade erleichtern. Wir üben auch schon mal das Schweben :-) Zum Ausgleich geht es am späten Nachmittag noch zur größten Wanderdüne Europas (117m) bei Arcachon. Extraordinaire!

180304 Fluggefühl

180304 Dune de Pyla

++17.03.04++

Boarding... Heute ist es soweit – das Charabolix Rack kommt in den Airbus A300Zero-G und wird fachmännisch angeschraubt. Wir polstern die letzten Kanten, überprüfen die Elektronik und Mechanik des Racks, und saugen gewissenhaft jedes Staubkrümelchen aus den Ritzen. Beim Parabelflugmanöver darf nicht das kleinste Teilchen unkontrolliert durch die Kabine fliegen. Die sonst sehr unkomplizierten und umgänglichen Novespace-Mitarbeiter verstehen in diesem Punkt verständlicherweise keinen Spaß. Unser Blick schweift durch die riesige, gut ausgepolsterte Kabine und erste Nervosität kann keiner von uns verleugnen.  

170304 Rack Transport

170304 Gruppenbild mit Rack

++16.03.04++

First Contact... mit A300Zero-G. Aber zunächst steht die schnöde Laborarbeit an. Der Balkon wird zum Arbeitsplatz und der Campingtisch zur Laborbank. Nachdem wieder zahlreiche Experimentkammern mit Chara bestückt sind, geht es zu einer kurzen Stippvisite nach Cap Le Ferret an die sonnige und erstaunlich warme Atlantikküste. Das Wasser hat allerdings nur 11Grad. Der Anblick des A300Zero-G gibt uns endgültig das Gefühl - Wir sind tatsächlich dabei und es geht bald los! Als erstes wird der Flieger inspiziert. Das Chara-Rack ist schnell ausgeladen und hat bereits die kritische Begutachtung durch Frederic Gai von Novespace überstanden.

160304 Charabolix Gruppenbild 160304 Ansetzen

++14.03.04++

Aufbruch an die Atlantikküste. Sonntag abend 19:30Uhr: Das Rack ist im Hoka-Lieferwagen gut gesichert und auch die Laborkiste, Plastikflaschen mit Chara, unser Gepäck und einige unentbehrliche Lebensmittelvorräte sind verstaut. Nach 12 Stunden wenig ereignisreicher Fahrt durch das nächtliche, verschlafene Frankreich erreichen wir Bordeaux pünktlich zur allmorgendlichen Rush-hour. Da die Vermieter unseres kleinen Appartments in Arès am Becken von Arcachon wie nicht anders erwartet noch schlafen, geht es erst einmal an den Atlantik. Was für ein überwältigender erster Eindruck! Ein kurzes Frühstück, ein wenig Ruhen und dann geht auch schon die Laborarbeit los. Passend zurecht geschnittene Stückchen der Grünalge Chara werden mit flüssigem Agar in die ersten 20 von sehr sehr vielen Plexiglaskämmerchen eingegossen. Mit Spannung werden wir von nun an jeden Tag verfolgen, ob Chara darin die wurzelähnlichen, schlauchförmigen Rhizoidzellen produziert, deren Schwerkraftsensor wir mit Hilfe der Parabelflüge untersuchen wollen.

140304 Auto beladen

140304 Ankunft

++10.03.04++

Chara on Ice. Wie bisher noch vor jeder großen Kampagne wollten wir auch dieses Mal auf Nummer sicher gehen dass uns das Pflanzenmaterial nicht ausgeht. Doch obwohl bestens ausgestattet mit Paddelboot, Fangwerkzeugen und diversen Aufblastieren machen uns die Algen einen Strich durch die Rechnung, denn die Chara beißt heute einfach nicht. Auch der selbstlose Einsatz von Sylwia und Andreas auf unserer Schlauchboot-Titanic brachte nicht den gewünschten Erfolg, sondern nur einen Satz nasse Hosen und eingefrorene Finger. Hoffentlich reichen unsere Notreserven aus dem Botanischen Garten aus ...

100304 Charafischen

100304 Charafischen Ufer

++05.03.04++

Rack-Taufe. Unser Rack ist "ready for take-off"! Aus diesem Anlass wurden die Feinmechaniker Horst Laubach und Thorsten Frings und die Direktorin des IMBIO, Frau Prof. Dorothea Bartels, in den Venusbergweg eingeladen, um mit uns die Einweihung des Racks zu feiern. Mit Rücksicht auf die komplizierte Elektronik verlief die Taufe des Racks gegen jede Gewohnheit absolut trocken. Ein Prosit auf das Rack und auf das Wohl der Experimentatoren musste in diesem Falle ausreichen. Glücklicherweise kam es bei der Generalprobe dann auch zu einer kleinen Panne, die Jens aber schnell beheben konnte - Bildausfall wegen eines defekten Kabels. Das verheißt beste Aussichten für unsere Premiere bei den Parabelflügen.

050304 Rack-Taufe

050304 Charabolix-T-Shirt

++01.03.04++

Schräge Aussichten. Nun hat auch Jens der Elektronik den letzten Feinschliff gegeben, die sich jetzt nur noch im Testlauf bewähren muss. Beim Kipptest sollte nicht etwa ermittelt werden, ob Teile des Racks während des Fluges verloren gehen (schließlich muss unsere Konstruktion laut Novespace einer Beschleunigung von 9g standhalten), sondern er diente der Bestimmung des Schwerpunktes. Hoffen wir mal, dass die Eperimentatoren von den 9g verschont bleiben und nur die vorgesehenen 0-2g überstehen müssen...

010304 Jens+Rack

010304 Schwerpunktbestimmung Rack

++16.02.04++

Es geht voran. Die Feinmechanik-Werkstatt (Werkstattleiter Horst Laubach und Feinmechaniker Thorsten Frings) hat ganze Arbeit geleistet und unsere wagen Ideen und gekrakelten Skizzen in funktionelle und formschöne Hardware verwandelt. HERZLICHEN DANK!! (der gilt auch denjenigen Institutslern, die unter der Auslastung der Werkstatt zu leiden hatten). Noch ein Loch hier gebohrt und ein Kabel dort verlötet, dann müssen die Hardware und Jens´ ausgetüftelte Elektronik ihre Tauglichkeit und Belastbarkeit beweisen.

160204 Rack im Labor

++15.01.04++

Besuch von NOVESPACE. Das Rack sieht noch erschreckend leer aus. Einige Teile wie Zentrifuge und Mikroskophalterung werden noch von unserer Feinmechanik-Werkstatt gefertigt. Frederic Gai von der Firma NOVESPACE überprüft unser Konzept und den vorhandenen Experimentaufbau, gibt Tipps und einen Erlebnisbericht über das ´Feeling´ im A300 ZERO-G, der bei uns eher gemischte Gefühle hinterlässt. Faszination und Herausforderung. Wissenschaft eben.

 

150104 leeres Rack 

++ 15.12.03 ++

Es geht los. Die endgültige Bestätigung ist da - wir sind bei der 36th ESA parabolic flight campaign dabei. Die medizinische Überprüfung unserer Flugtauglichkeit durch die fliegerärztliche Untersuchungsstelle des DLR in Köln ist überstanden. Das Grundgerüst unseres Flugracks hat uns dankenswerterweise Frau Dr. Ruth Hemmersbach vom DLR in Köln zur Verfügung gestellt. Die Zeit ist knapp. Nun heißt es Hardware bauen und testen. Wieder einmal müssen wir unser Pflanzenmaterial aus Seen in der Umgebung ergänzen. Bei Temperaturen um Null Grad geht es diesmal mit dem wackligen Schlauboot hinaus. Wir werden mit nassen Hinterteilen, aber auch mit einem Eimer voll frischen, grünen Armleuchteralgen (Characeen) belohnt.

151203 Jens bei der Arbeit

ERGEBNIS

Der Gravirezeptor in Chara-Rhizoiden wird nicht mechanisch aktiviert

Die Auswertung der Wachstumsreaktionen von 1680 Rhizoiden lieferte ein überraschend eindeutiges Ergebnis: Obwohl  die Statolithen in den Flugproben während der Mikrogravitationsphasen eines ca. 2-stündigen Fluges für insgesamt 11 Minuten schwerelos waren und somit keinen mechanischen Druck ausüben konnten, stimmte der mittlere Krümmungswinkel der Rhizoide mit dem der In-flight-Kontrollen an allen drei Flugtagen überein. Der Gravirezeptor wurde also während den 22 Sekunden Schwerelosigkeit einer jeden Flugparabel nicht deaktiviert. Demnach ist für die Schwerkraftwahrnehmung im Rhizoid nicht die Gewichtskraft sedimentierter Statolithen entscheidend, sondern allein ihr Kontakt mit dem in der Plasmamembran lokalisierten Gravirezeptor. Ob die Aktivierung des Rezeptors durch molekulare oder elektrochemische Wechselwirkungen erfolgt, ist Gegenstand weiterer Untersuchungen.

 

Wissenschaftliche Zielsetzung von CHARABOLIX

Charakterisierung des Schwerkraftrezeptors in gravitrop wachsenden Zellen der Grünalge Chara

Drei Flüge in 3 Tagen mit je 31 Parabeln in 2 Stunden. Nur 22s Mikrogravitation (annähernd Schwerelosigkeit) pro Parabel. Macht zusammen nicht mal 12 min Mikrogravitation pro Flugtag. Kann man da Wissenschaft betreiben? Man kann - und wie! Nach SpaceShuttle-Missionen und einigen TEXUS- und MAXUS-Flügen ging uns plötzlich auf, dass nur das Parabelflug-Profil exakt die Bedingungen liefert, die wir benötigen, um erstmals ein pflanzliches Sensormolekül zu charakterisieren, das für die Wahrnehmung der Schwerkraft zuständig ist. Ziel des erstaunlich einfachen Experiments ist es zu prüfen, ob es sich bei dem Sensormolekül um eine Art Druckschalter (Mechanosensor) handelt, der durch das Gewicht der Statolithen oder durch Statolithen-vermittelten Zug von Aktinfilamenten aktiviert wird (was man in höheren Pflanzen vermutet), oder ob andersartige, physiologische oder elektrische Interaktionen den Rezeptor aktivieren. Wenn ´schwerelose´ Statolithen, die sich während der Mikrogravitationsphase am Perzeptionsort befinden, den Gravisensor nicht mehr aktivieren und die Krümmungsreaktion nicht mehr auslösen, muß es sich um einen Mechanorezeptor handeln. Wir sind gespannt.

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

.... weitere aktuelle Projekte

 

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).

 

 

Software

- Unser Team in Bordeaux -

Team Charabolix 1

Claudia Schäfer, Markus Braun, Christoph Limbach, Jens Hauslage

 

 Wir danken der Firma

HoKa Lüftungsformteile GmbH, Hennef 

für die freundliche und großzügige Unterstützung unseres CHARABOLIX-Projektes !!!