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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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6. DLR Parabelflug-Kampagne

06. - 20. September 2004, Köln

Projekt: Charabolix II

A300 Parabel

 

 


 

Projekt-Tagebuch

Bilder zum Vergrößern anklicken!

++20.09.04++

Stars aus... Politik, Sport und Entertainment verlieren am Samstag und Sonntag den Boden unter den Füßen. Auch Frau Bulmahn kommt vorbeigeschwebt und bewundert unsere pflanzlichen Gravisensoren. Für uns sind die jeweils 11 Parabeln eine willkommene Gelegenheit, fleißig weiter Daten zu sammeln und noch ein wenig die (un)erträgliche Leichtigkeit des wissenschaftlichen Seins zu genießen. Jens Traum geht in Erfüllung: er darf auch noch einmal mitfliegen. Dann heißt es aber auch schon: ...This was the last parabola - thanks for flying with NOVESPACE... Dank des VIP-Buffets kommen wir auch endlich wieder einmal zu einem Mittagessen. Nachdem der Airbus Zero-G noch ausgiebig beim Tag der Raumfahrt bewundert worden ist, bauen wir unser Rack am Sonntag Abend aus. Über tausend Rhizoide und mehr als hundert Kressewurzeln warten nun auf die Auswertung. Es war eine wunderbare Kampagne, die sich erstklassig in den Tag der Raumfahrt einfügte. Wir bedanken uns sehr herzlich bei allen, die zum Gelingen der Kampagne beigetragen haben, u. a. unserer Feinmechanik-Werkstatt (danke Torsten für die ´last minute´ Aktion), dem Flughafen, der Luftwaffe, dem DLR (insbes. Frau Dr. Friedrich), Novespace (insbes. Frederic, dem wir sogar noch einige Flaschen des tollen Parabelflugweins abschwatzen konnten), CEV, SOGERMA...

200904 Ausweise

200904 Gruppenfoto mit VIPs
200904 VIP Floating
200904 Crew + VIPs

++16.09.04++

der 3. Flugtag... beginnt mit viel Sonnenschein und selbst die Nordsee präsentiert sich für Claudia und Christina von ihrer schönsten Seite. Auch auf die Rhizoide ist wieder Verlaß, nur die Kressewurzeln sind noch sehr kurz, weil sie wegen des späten Fluges gestern erst am Abend in die Flugküvetten umgesetzt werden konnten. Der ruhige Flug ohne große Turbulenzen und die mustergültigen Parabeln lassen sogar ein wenig Zeit für Smalltalk in der Schwebe. Claudia findet Zeit für einen Looping und Christina schaut den drei Piloten beim Sturzflug auf die Finger. Sie ist beeindruckt von der unerschütterlichen Ruhe und Professionalität von Flight Commander Gilles le Barzic und seiner Flight Crew. Motion sickness ist überhaupt kein Thema. Freudestrahlend verlassen sie den Airbus Zero-G mit einem Berg von Daten, die es jetzt auszuwerten gilt. Beim Debriefing können wir die erfolgreiche Durchführung unseres Experiments verkünden. Das war wieder ein Klasse Leistung von Novespace, CEV und des DLR. Auch der Flughafen, die Luftwaffe, die Flugsicherheit und viel andere haben uns großartig und unkompliziert unterstützt. Ein großes Dankeschön!

160904 Claudia floating

160904 Claudia close-up
160904 Claudia + Christina
160904 A300 Heckflosse

++15.09.04++

der 2. Flugtag....hat uns auf eine harte Geduldsprobe gestellt und hat unser gesamtes Improvisationstalent erfordert. Nach einer Flughafenrundfahrt um 9:00 ging es wegen technischer Probleme erst um 15:00 los, als die Wirkung der Medikamente bereits nachgelassen hatte - Markus hat es überlebt und sogar genossen!. Heute hatten wir das Vergnügen, Claudia Kessler als Gast am Experiment beteiligen zu dürfen. Es hat sie scheinbar so begeistert, dass sie glatt abhob. Unser heutiger Parabelflugkorridor reichte von Berlin bis zur Ostsee und bescherte uns wunderschöne Parabeln mit sehr guten Mikrogravitationsphasen. Die Flasche mit gefärbtem Wasser zeigt sehr schön, dass sich in Schwerelosigkeit die Flüssigkeit oben, unten und an die Seiten verteilt, während die Luftblase in die Flaschenmitte wandert. Da die Kressekammern noch über Berlin waren, mussten Jens, Claudia und Christina die Kressesamen im Wasserbad quellen lassen und die gequollenen, glitschigen Samen dann am Abend in nervtötender Präzisionsabeit in die Kammern einsetzen. Schließlich soll auch Christina bei ihrem Jungfernflug mit Claudia perfekte Wurzeln zur Verfügung haben. Schlaf gut - du wirst es brauchen...

150905 Markus + Claudia Kessler

 

150904 Claudia Kessler floating
150904 Flasche in micro-g
150904 Kresse
150904 Ansetzen

++14.09.04++

der 1. Flugtag....bei aufgehender Sonne bringen wir unsere Proben zum Airbus. Wie es kommen mußte, hat die Nordsee gekämpft, aber sie hat uns nicht abgeworfen, obwohl wir rein gefühlsmässig oft knapp davor waren. Die heftigen Turbulenzen waren manchmal schlimmer als die Parabelflugmanöver. Auch für unsere Proben sind die Bedingungen nicht perfekt, da sie durch die häufig verzögert durchgeführten Parabeln recht lange stimuliert wurden, was uns die Auswertung nicht erleichtert. Zum Trost gönnen wir Chara-Rhizoiden einen Schwebeflug und Markus sich eine distanzierte Betrachtung der Ereignisse aus der Vogelperspektive. Die erste Auswertung läßt uns dann auch aufatmen. Wir haben doch noch wunderbare Ergebnisse erhalten. Morgen soll angeblich auch noch das Wetter mal ein Auge zudrücken und uns einen perfekten Experimentablauf bescheren. Wir lassen uns gerne überraschen...

 

140904 Markus floating

140904 Jens floating
140904 Jens Markus A300

++13.09.04++

Alien...sind das nicht, nur verrückte Wissenschaftler, die ihre Forschung auch unter extermen Bedingungen betreiben. Heute ist Sicherheitsüberprüfung durch die Piloten und Techniker von Novespace und CEV, Sogerma - alles ist gutgegangen. Wie man sieht, haben es auch andere Wissenschaftler nicht leicht, wie der DLR-Psychologe Johannes. Was Jens so elegant kleidet ist der Feuerschutzhelm, der laut Saftety instructions im Notfall unter jedem Sitz zu finden sein sollte. Morgen früh geht es los. Um 5:30 Uhr werden die Proben im Bonner Labor sortiert und eingepackt. Um 9:00 fliegt unser Airbus Zero-G los, den wilden Sturmtiefs der Nordsee entgegen. Irgendwie kennen wir das schon ... damals in Bordeaux... Drückt uns die Daumen!

130904 Safety Briefing
130904 Spaceman

++11.-12.09.04++

Schönes Wochende...

...und nicht jeder teilt unsere Begeisterung für die Wissenschaft...

120904 Küvetten
120904 Ansetzen

++10.09.04++

Presskonferenz... mit Vergnügen beantworten wir die vielen Fragen der Journalisten und hoffen, dass sie ein wenig von unserer Begeisterung für das Experiment mitbekommen haben. Die letzten Tage mit Interviews, Laborarbeit und Rackaufbau, Tests, Tests, Tests fordern so langsam ihren Tribut. Gut, dass wenigsten ein paar Sitze dringeblieben sind. Das Ansetzen von Rhizoiden, Protonemen und Kresse und Arabidopsis geht zwar auch am Wochenende weiter, aber das machen wir inzwischen fast schon im Schlaf. Das gute Flugwetter scheint vorbei zu sein. Wir sind gespannt auf die Wettervorhersage für nächste Woche. Unser lieber alter Zero-G Airbus wird uns auch bei schlechtem Wetter nicht im Stich lassen - da sind wir (fast) ganz sicher...

100904 Triebwerk
100904 Wissneschaft mach müde ...

++09.09.04++

Mit Abfallbeseitigung.... haben unsere Sicherheitswesten nichts zu tun. Sie sind vorgeschrieben, wenn wir zwischen Airbus und Terminal West auf dem Rollfeld hin und her pendeln. Das Pech scheint weiter an unserem Rack zu kleben - heute ist die Mikroskopbirne durchgebrannt. Ausgerechnet eine von der schwer zu beschaffenen Sorte. Jetzt muß die Reservebirne durchhalten bis Ersatz beschafft ist. Unser Laptop bekommt heute einen externen USB-Hub, um einen Anschluß zu ersetzen, der gestern seinen Geist ausgehaucht hat. So was passiert halt, wenn´s gerade spannend wird. Wir bleiben optimistisch, üben die Abläufe und erklären geduldig dem interessierten Publikum unser Experiment.

090904 Claudia Rack
090904 Rack Präsentation
090904 CharabolixII Crew

++08.09.04++

Wiedersehen mit dem A300-Zero-G... Ganz warm wird es uns ums Herz, als wir unseren guten alten Airbus auf dem Rollfeld vor dem Terminal West am Flughafen Köln/Bonn wiedersehen. Nichts hat sich darin verändert, aber unser Rack macht mit seinem auf 120 kg angewachsenen Gewicht beim Einbau auf sich aufmerksam. WDR-Mikro und Kamera schauen uns über die Schultern, als wir das Rack fixieren und noch die letzten Kanten gut abpolstern. Die Schreckensmeldung folgt - das Gehirn unseres Racks kränkelt, der Laptop erkennt die Videokamera und das DVD-Laufwerk nicht mehr. Das bedeutet eine lange Nachtschicht für Jens...

080904 Rack-Integration
080904 Rack Transport
080904 A300 Rollfeld

++06.09.04++

Wie am Fließband... läuft das Ansetzen der Kressekeimlinge und der Rhizoide und Protonemen noch nicht, aber es kommt uns gelegentlich so vor. Das Team ist eingespielt. Was zu Beginn unmöglich schien, ist bereits zur Routine geworden, ebenso wie die gute Laune, die fester Bestandteil geworden ist. Morgen noch einmal ein Check aller Geräte, dann geht es am Mittwoch zum Flughafen nach Köln. Bordeaux und das Becken von Arcachon hatten sicherlich ihren Reiz und wir denken gern daran zurück, aber die Nähe zum heimatlichen Labor macht doch vieles sehr viel einfacher.

060904 Claudia Ansetzen
060904 Ansetzen Claudia + Jens

++01.09.04++

Das Dream-Team ... Unser Rack hat alle Tests bestanden, alle Ecken und Kanten sind gut gepolstert, der letzte Feinschliff ist gemacht. Jetzt werden Zeitpläne und Abläufe definiert und alle Handgriffe wieder und wieder geübt, damit alles sitzt, auch wenn es im Hirn und Magen mal hoch hergehen sollte. Das Wetter verspricht gut zu werden - ruhiges Altweibersommerwetter - wir hoffen darauf und denken mit Grausen an die Gewitterfronten über dem Atlantik beim unserem letzten ESA-Parabelflug im Frühling. Alles wird gut!

010904 CharabolixII Gruppenbild

++19.08.04++

Tests erfolgreich...  Wieder hat Horst Laubachs Feinmechanik-Werkstatt Großes vollbracht. Auch die Fotobox für unser Rack ist fertig. Darin befinden sich, von Claudia fein säuberlich in altbewährten SpaceShuttle Anzucht-Behältern aufgereiht, die Kressekeimlinge. Tag für Tag werden Experimente unter 1g gemacht, die uns eine solide Basis für die Flugexperimente liefern. Nach anfängl. Zögern wachsen und krümmen sich die Kressewurzeln jetzt prima. Es wird deutlich: Auf das Timing kommt es an. Alle Vorbereitungen müssen exakt aufeinander abgestimmt sein, damit Rhizoide, Protonemen und Kresse beim Start fit sind - Wenn es wieder heißt: ..3...2..1..`PULL UP´

190804 Kressewurzeln1
190804 Kressewurzeln2

++03.08.04++

It´s Rack Time...  Nur noch 6 Wochen bis zur Kampagne! Jetzt wird es aber höchste Zeit, unser Flugrack wieder in Form zu bringen, Verbesserungen vor zu nehmen und weitere Messsensoren einzubauen, die uns wichtige Kontrolldaten in der Schwerelosigkeit liefern. So werden jetzt alle wichtigen Daten wie Beschleunigungen, Temperaturen und Videobilder auf unserem Laptop aufgezeichnet und Jens hat die Steuereinheit so programmiert, das sie die Zentrifuge kurz vor den 22s dauernden Phasen von Mikrogravitation automatisch ein- und danach wieder ausschaltet. Aber ob das alles auch so richtig funktioniert? Es heißt also: Testen, testen testen...

 

030804 Arbeiten am Rack

 

 

Wissenschaftliche Zielsetzung von CHARABOLIX II

Charakterisierung von Schwerkraftrezeptoren in Pflanzen

Mit Hilfe dieses Parabelflugexperiments werden Sensormechanismen untersucht, mit denen Pflanzen die zweckmäßige 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 flachgelegt wurden, verlagern sich kleine Partikel (Statolithen) in speziellen schwerkraftwahrnehmenden Zellen in Richtung der Schwerkraft. Membranständige Sensormoleküle (Rezeptoren) nehmen diese Verlagerung wahr. Sie werden durch die Statolithenverlagerung aktiviert und setzen eine Kette von Reaktionen in Gang, die über eine lokale Änderung des Wachstums bestimmter Zellen zur Korrektur der Ausrichtung führt; der Getreidehalm richtet sich wieder auf und die Frucht verfault nicht auf dem Boden.
Die Schwerkraft-Rezeptormoleküle sind noch unbekannt. Aber wie sie funktionieren bzw. wie sie aktiviert werden, lässt sich mit diesem Parabelflugexperiment untersuchen. Das Beschleunigungsprofil des Parabelflugs (in 2 Stunden 31 mal 22s schwerelos) bietet die bestmöglichen Bedingungen für Untersuchungen, die zeigen werden, ob es sich bei dem Schwerkraftrezeptor um eine Art von Druckschalter (Mechanorezeptor) handelt, der durch das Gewicht der Statolithen bzw. durch Statolithen-vermittelten Zug aktiviert wird, oder ob einfacher 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 22 Sekunden schwerelos sind, aber stets in Kontakt mit dem Rezeptor bleiben, die Schwerkraftrezeptoren weiterhin aktivieren oder nicht. Fallen die Krümmungsreaktionen bei Flugproben deutlich geringer aus als bei Kontrollproben, deren Rezeptoren ständig mit Statolithen belegt sind und keine Mikrogravitationsphasen erfahren, so deutet dies auf Mechanorezeptoren hin. Sehr ähnliche Krümmungsreaktionen sprechen dagegen für Kontaktrezeptoren. Nachdem wir beim ersten Parabelflugexperiment im März diesen Jahres (36th ESA parabolic flight campaign) Chara Rhizoide untersucht haben, werden wir diesmal auch die Gravirezeptoren von Chara Protonemen und Kressewurzeln analysieren.
Erstmals lassen sich mit diesem Parabelflugexperiment Einblicke in die Funktionsweise biologischer Schwerkraftsensoren gewinnen, die die Eroberung des Festlandes durch die Pflanzen erst ermöglichten und die Lebensgrundlage für tierisches und menschliches Leben schafften.

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

.... weitere aktuelle Projekte

 

Hardware

Rack Schema Frontansicht Rack FrontansichtRack Schema Seitenansicht

Experiment Rack ´CHARABOLIX II´

Das Rack wiegt 120kg und besteht aus Alu-Profilen und Alu-Platten. Auf der Bodenplatte befindet sich eine Zentrifuge für on-board Kontrollen (gleiche Bedingungen wie Flugproben - nur die Mikrogravitationsphase wird durch 1g-Zentrifugation ersetzt). Links unten befinden sich die schwenkbar angebrachten Experiment-Container für Chara-Rhizoide -Protonemen und Kressekeimlinge, die schon im SpaceShuttle geflogen sind (IML-2, S/MM-05). Eine Digitalkamera dient der Fotodokumentation der Wurzelkrümmung. Auf der oberen Aluplatte sind vibrations gedämpft ein schwenkbares Mikroskop zur Beobachtung der Statolithenbewegungen, ein Notebook zur Video- und Datenspeicherung, sowie Temperatur- und Beschleunigungssensoren untergebracht.

 

 Wir danken der Firma

HoKa Lüftungsformteile GmbH, Hennef 

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