Wanneer planten op aarde naar voedingsstoffen en water zoeken, wat drijft hun richting? heel eenvoudig, zwaartekracht helpt hen de gemakkelijkste weg te vinden naar de stoffen die ze nodig hebben om te groeien en te bloeien. Wat gebeurt er als de zwaartekracht geen deel meer uitmaakt van de vergelijking?

Botanici van de Ohio Weslyan University maken gebruik van de microzwaartekrachtomgeving van het internationale ruimtestation om wortelgroeigedrag en sensorische systemen te bestuderen in een onderzoek dat bekend staat als Gravity Perception Systems (Plant Gravity Perception). De onderzoekers zoeken naar aanpassingsvermogen aan microzwaartekracht en meten de algehele gevoeligheid voor gesimuleerde zwaartekracht voor twee soorten mosterdzaailingen, inclusief Arabidopsis thaliana Wild Type en een zetmeelloze genetische variant. Binnen het wildtype, zetmeel werkt als een gewicht, vallen in de wortelpunten en drijven ze naar de aarde.

Als hoofdonderzoeker voor Plant Gravity Perception, botanicus Chris Wolverton beschrijft de centrale vraag van het onderzoek:"We willen weten - wat is de minste hoeveelheid zwaartekracht die planten kunnen detecteren om het vallen van zware [zetmeelrijke] lichamen in hun cellen te veroorzaken?"

De studie stelt beide stammen bloot aan toenemende hoeveelheden zwaartekracht variërend van vierduizendsten of 0,004G - helemaal tot aan één G. Ter vergelijking:zwaartekracht ervaren op aarde is een constante G.

Waarom twee soorten zaailingen opnemen? Hoewel de exacte drempelwaarden voor zetmeelrijke stammen slecht worden begrepen, responsmechanismen voor zetmeelloze genetische varianten zijn nog meer een mysterie.

Plant Gravity Perception gebruikt de versnelling van het European Modular Cultivation System (EMCS) om de zwaartekracht te simuleren. Zaailingen worden eerst in zaadcassettes geplaatst, vervolgens uitgelijnd langs radiale bladen van een centrifugaalrotor. Hierdoor kunnen onderzoekers de intensiteit van de zwaartekracht controleren die op elk punt langs de roterende armen wordt ervaren, het testen van honderden fractionele zwaartekrachtsgraden tegelijk door middel van gecontroleerde spins.

Net zoals de populaire attracties op kermissen die ruiters laten ronddraaien en ervoor zorgen dat ze aan de muren "kleven", dit onderzoek verhoogt gestaag de g-krachtblootstelling om de buitengrenzen van de perceptuele vermogens van zaailingen te testen. Terwijl de armen van de centrifuge draaien, wetenschappers hopen precies aan te geven waar de groeirespons begint.

Het meest interessante van alles zijn misschien de reacties van de zetmeelloze planten. Zelfs voor mensen zonder zetmeel, de gemuteerde vorm van de zaailingen kan nog steeds hetzelfde sensorische waarnemingssysteem behouden als hun neven. Deze planten kunnen nog steeds de zwaartekracht voelen, maar reageren alleen bij hogere drempels, helemaal niet meer kunnen bewegen, of gebruik geheel andere aanwijzingen om de groeirichting te bepalen. Wanneer de versnelling van de centrifuge is uitgeschakeld, wetenschappers kunnen ook de reactie van zaailingen op microzwaartekracht meten en een basislijn vaststellen.

Als fotosynthetische organismen, planten zijn ook erg gevoelig voor lichtsignalen voor groei. Met behulp van gerichte lichten, Plant Gravity Perception biedt op verschillende punten aanvullende groei-aanwijzingen om de relatie tussen lichtperceptie en zwaartekrachtperceptie te testen. Weer thuis, botanici kunnen de beelden bekijken om reacties te beoordelen.

Ook al wordt het in een baan om de aarde draaiende laboratorium regelmatig bevoorraad, bemanningsleden moeten verse leveringen snel consumeren. Als aanvulling op een grote voorraad houdbare voedingsmiddelen, ruimtestationonderzoeken zoals Veg-03 stellen astronauten in staat om als tuinier op te treden en hun dieet aan te vullen in de hoop voedingsvariatie toe te voegen en het bevoorradingsgewicht voor voedselwinkels te verminderen.

Terwijl zaailingen van Plant Gravity Perception niet op de platen van astronauten terechtkomen, hun bestudeerde groei bevordert onze kennis van perceptuele drempels en maakt het selecteren van geschikte tuingroenten die waarschijnlijk in de ruimte zullen gedijen gemakkelijker voor toekomstige lange ruimtevluchten, inclusief verkenningsmissies buiten een lage baan om de aarde.

voor de aarde, Wolverton merkt op dat zwaartekrachtperceptie in wortels "van invloed is op hoe efficiënt een plant is, hoe ontvankelijk het is voor droogte, tot overstromingen, naar kunstmest."

Hij voegt toe, "Als we beter zouden begrijpen hoe [zwaartekracht] wordt waargenomen... opent dat een hele bron van eigenschapveredeling en genetische variatie waar we naar kunnen kijken." Dit zou landbouwers in staat stellen om wortelgroei te selecteren die geschikt is voor verschillende bemestingsniveaus, bodemsamenstelling en milieu-extremen.