Vorige maand donderde een raket van een NASA-lanceerplatform in Virginia, bestemd voor het internationale ruimtestation. Genesteld tussen de 7, 400 pond. van de voorraden was een handvol zaden die waren ontworpen om nieuwe vensters te openen naar onze kennis over hoe planten in de ruimte groeien - informatie die zou kunnen leiden tot het verbouwen van vers voedsel in de ruimte voor mensen aan boord van het ruimtestation of het produceren van biobrandstof op onze eigen planeet.

De designerzaden zijn gemaakt in het laboratorium van Norman Lewis, een wetenschapper van de Washington State University die de jarenlange inspanning heeft geleid om de zaden de ruimte in te krijgen. De inspanningen van Lewis werden uiteindelijk beloond toen een ruimtevaartuig op 21 mei in de vroege uurtjes van NASA's Wallops Flight Facility werd gelanceerd. Het is het allereerste experiment dat wordt uitgevoerd in NASA's geavanceerde plantenhabitat - de meest geavanceerde groeikamer ooit in de ruimte - op Ruimtestation.

De zaden zullen uitgroeien tot de plant Arabidopsis, beter bekend als zandraket. Het experiment zet het gewone onkruid, vaak langs de kant van de weg of in scheuren in het trottoir, vierkant in de voorhoede van de kolonisatie van de ruimte. Want als mensen op een jarenlange missie naar Mars gaan, ze zullen onderweg vers voedsel moeten verbouwen. Om dat te doen, we moeten begrijpen hoe planten in de ruimte groeien.

Lewis werkt samen met onderzoekers van EMSL, het Environmental Molecular Sciences Laboratory, een Department of Energy Office of Science User Facility bij Pacific Northwest National Laboratory. EMSL-wetenschapper Mary Lipton zal de analyse van duizenden eiwitten van planten leiden om te begrijpen hoe de planten die in de ruimte worden gekweekt zich verhouden tot hun tegenhangers die in identieke omstandigheden worden gekweekt - behalve de zwaartekracht - in het Kennedy Space Center in Cape Canaveral, fla.

Het project heeft meer dan 180 sensoren getraind op de planten, gedetailleerde temperatuurmetingen uitvoeren, verlichting, zuurstof, kooldioxide, vocht en andere variabelen terwijl het ruimtestation meer dan 17 deinst, 000 mijl per uur rond de aarde, 254 mijl boven ons hoofd.

De zwaartekracht van de aarde is nog steeds formidabel op die hoogte, dus het is niet helemaal juist om de omgeving "zwaartekracht nul" te noemen. De planten zullen in een continue staat van vrije val zijn, een omgeving die wetenschappers 'microzwaartekracht' noemen.

Het is de eerste keer dat planten in de ruimte worden gekweekt onder nauwkeurig gecontroleerde omstandigheden, en vergeleken met identieke tegenhangers die onder vergelijkbare nauwkeurige omstandigheden zijn gekweekt. Op het ruimtestation, er wordt elke vijf seconden een gegevensronde verzameld, en drie camera's zullen elke dag twee foto's maken om de groei te volgen.

De kern van het experiment zijn zes soorten Arabidopsis:een wildtype, één met een verbeterd koolstofafvangmechanisme en vier met een gecompromitteerde ligninesynthese.

De focus ligt op de lignine, de taaie plantwandsubstantie waarmee planten de zwaartekracht kunnen trotseren en rechtop kunnen groeien. Wetenschappers gaan bestuderen hoe de planten reageren op de gewichtloze omstandigheden van het ruimtestation. Bijvoorbeeld, zullen de planten nog steeds "opgroeien", zelfs in een omgeving met microzwaartekracht?

Lignine is op zoveel manieren goed voor planten. Het maakt planten moeilijk te eten, beschermen tegen herbivoren. Het beschermt het systeem dat voedingsstoffen en water door de plant transporteert. En het stelt ze in staat om de zwaartekracht te trotseren en naar boven te groeien in plaats van amorfe grondgebonden klodders te zijn.

Maar het materiaal, een letterlijke muur in een plant, is ook een belemmering voor onderzoekers van EMSL en elders die proberen nieuwe plantaardige biobrandstoffen te maken. Lignine maakt planten resistent tegen chemische manipulatie, om te zetten in plantaardige biobrandstoffen. Dus de interesse in het onderzoeken van het gedrag van planten met een tekort aan lignine voor op aarde gebaseerde, elke dag leven.

"Planten met een sterk verminderd ligninegehalte kunnen nog steeds leven en groeien, maar ze zijn niet echt sterk genoeg om onder de meeste omstandigheden te gedijen. Ze kunnen niet echt zelfstandig opstaan ​​- het is alsof je minder botten in je lichaam hebt om je structureel intact te houden. Maar onder de omstandigheden van microzwaartekracht, de planten kunnen het prima doen met minder lignine, " zei Lewis, een Regents-professor aan het Institute of Biological Chemistry van de WSU.

Levensvatbare planten met minder lignine bieden veel. Op aarde, minder lignine vertaalt zich in eenvoudigere methoden om nuttige energie uit de plant te halen. In de ruimte, als de energie van de plant kan worden weggeleid van het creëren van amorfe lignine, misschien kan er meer van de plant worden gegeten - meer voedsel voor astronauten op langeafstandsmissies en misschien meer zuurstof die wordt geproduceerd om astronauten te laten ademen. Hierdoor zouden in de ruimte gekweekte planten ook gemakkelijker te recyclen zijn.

Terwijl wetenschappers al 30 jaar dingen in de ruimte kweken – sla, kool, aardappelen, zonnebloemen, erwten - de planten die door Lewis' lab zijn gemaakt, zijn de meest geavanceerde planten die ooit een ritje op het ruimtestation hebben gemaakt.

Die planten maakten deel uit van recente studies in het Lewis-lab met EMSL-wetenschapper Kim Hixson, die haar Ph.D. in het Lewis-lab vorige maand. Daar, Lewis leidt een bemanning met buitengewone kennis van lignine - welke moleculen de afzettingspatronen regelen en wat er gebeurt als belangrijke genen of eiwitten worden uitgeschakeld. Als afgestudeerde student in het lab, Hixson bestudeerde vormen van moleculen die bekend staan ​​als dehydratasen, die veel van de moleculaire magie uitvoeren die betrokken is bij het reguleren van lignine in planten.

"Op aarde, planten hebben lignine nodig; het geeft planten de stijfheid om de zwaartekracht te weerstaan. Maar wat gebeurt er in een microzwaartekrachtsituatie? Dat zijn we aan het onderzoeken, ' zei Hixson.

Hixson en collega's van WSU vonden aanwijzingen dat een verandering in lignineniveaus invloed heeft op wat bekend staat als het "fosfoproteoom, " de subset van eiwitten die onder bepaalde omstandigheden actief worden in- of uitgeschakeld.

Terwijl Lewis een ervaren ruimteboer is, Douglas-spar hebben gekweekt, tarwe en andere planten op spaceshuttles toen ze in gebruik waren, de bronnen van vandaag bij EMSL en elders bieden hem een ​​diepere kijk dan ooit tevoren op wat er in planten gebeurt.

Hij en Lipton hebben een langdurige samenwerking gehad, en Lewis vertrouwde op EMSL-bronnen om een ​​deel van het vroege werk te doen dat de weg vrijmaakte voor het huidige experiment. Lipton, die een gezamenlijke aanstelling heeft bij WSU, maakt deel uit van het door NASA gefinancierde consortium dat Lewis enkele jaren geleden heeft samengesteld om het onderzoek voort te zetten. Het project omvat ook wetenschappers van de Universiteit van New Mexico, het New Mexico Consortium en het Los Alamos National Laboratory.

De wetenschap op de grond zal eind dit najaar een koortspiek bereiken, nadat de planten in de ruimtekas zijn geoogst en een vlucht terug naar de aarde halen. Het onkruid uit de ruimte wordt gesneden en in blokjes gesneden en naar meerdere laboratoria getransporteerd, inclusief EMSL, waar ze zullen helpen de weg vrij te maken voor onze toekomst, op deze planeet en elders.