Ausgerechnet Tomaten

Algen, Bakterien und Urin. Das klingt wie eine Mischung, die man zwar loswerden, nicht aber für viel Geld ins All schießen möchte. Das DLR und die Universität Erlangen sehen das anders. Nimmt man nämlich noch einen Satelliten und ein paar Tomatensamen mit dazu, wird aus dieser Kombination ein spannendes Experiment: „Eu:CROPIS“ (Euglena and Combined Regenerative Organic-Food Production in Space) soll umfassende Erkenntnisse für den Anbau von Nutzpflanzen für Langzeitmissionen oder auch auf Himmelskörpern wie Mond oder Mars liefern.

Wie schon beim ebenfalls kurz bevorstehenden Lunar Plant Growth Experiment der NASA geht es auch bei dieser Mission darum, das Wachstum von Nutzpflanzen bei unterschiedlicher Gravitation zu erforschen. Gleichzeitig möchten die Forscher jedoch auch herausfinden, wie das optimale Urin-Recyclingsystem samt Wasserkreislauf aussehen müsste, welches man auf Langzeitmissionen in kompakten Fahrzeugen benötigt.

Es gibt aber noch einen fundamentalen Unterschied zum LPGE der NASA. Wie Jens Hauslage, der Verantwortliche beim DLR, erklärt, wurde für Eu:CROPIS mit den Tomaten eine Pflanze gewählt, von deren Bestandteilen lediglich die Früchte essbar sind. Entscheidend ist also im Gegensatz zu NASAs Schaumkresse und Rüben nicht nur Keimung und gutes Wachstum, sondern auch erfolgreiche Befruchtung und eine brauchbare Ernte. Dass dies im All problematisch sein kann, haben bereits frühere Studien bewiesen. Nicht nur fehlen Insekten und Wind als Bestäubungshilfe; die geringere Gravitation beeinträchtigt zudem die Entwicklung der sogenannten Pollenschläuche. [1] Dennoch wird man aus ernährungstechnischen Gründen gerade auf Langzeitmissionen um derartige Pflanzen nicht herum kommen. Salat, Rüben & Co. sind auf die Dauer schlicht zu einseitig und zu wenig gehaltvoll.

(E.t.a.: Wie Mona ganz richtig in den Kommentaren erwähnt, sind die Blüten immerhin einer Reihe von Blühpflanzen so beschaffen, dass sie sich selbst befruchten können. Die Tomaten gehören zu dieser Gruppe.) Zum Einsatz kommt bei dieser Mission die Zwergtomate „Micro-Tina“.* Sie trägt nicht nur qualitativ hochwertige Früchte, sondern sie ist physisch robust, klein, resistent gegen eine Reihe der gängigen Tomatenkrankheiten, blüht früh und lässt ihre Früchte zudem auch schneller reifen als die meisten anderen Sorten. Das ist hilfreich, um die Dauer des Experiments auf ein Minimum zu reduzieren bzw. früh Ergebnisse zu erzielen. Micro-Tina ist also quasi die perfekte Pflanze für’s Weltall.

Zwei Gewächshäuser an Bord des Satelliten beherbergen in identischem Versuchsaufbau Substrat, Wassertank und Filter, Tomatensamen, künstlichen Urin als Dünger und – noch ein Unterschied zum LPGE – einen Tank mit einzelligen Algen. Konkret: Euglena gracilis, die über eine Leitung durch den mit Mikroorganismen durchsetzten Rieselfilter geschickt werden:

„Das Gewächshaussystem hält alle Nährstoffe bereit, die die Tomatenpflanzen benötigen: Das Wasser kommt aus einem Tank, der Dünger wird vor Ort hergestellt. In regelmäßigen Abständen wird dem Kreislauf künstlicher Urin zugeführt, der mithilfe von Bakterien im Filter zu dem benötigten Nitrat abgebaut wird.

Hier kommt Euglena gracilis, die einzellige Alge, ins Spiel: Denn bevor aus Urin Nitrat entsteht, wird das für Pflanzen giftige Ammoniak gebildet. Durch den Urin erhöht sich zunächst also der Ammoniak-Spiegel im Wasser. Die Filterbakterien bauen das Ammoniak zwar auch ab, allerdings nur langsam. Die Tomaten könnten in dieser Zeit an dem Gift Schaden nehmen. Euglena soll den Bakterien nun beim Abbau des Ammoniaks unter die Arme greifen.“
Dr. Sebastian Strauch, FAU

In den beiden Gewächshäusern wird nacheinander jeweils ein eigenes Experiment durchgeführt: Der Satellit wird in Rotation versetzt und simuliert auf diese Art in Experiment 1 die Schwerkraft des Mondes (0,16 x g) und in Experiment 2 die Schwerkraft des Mars (0,38 x g). Um herauszufinden, welche Gene am Anpassungsprozess der Tomaten und der Euglena beteiligt sind bzw. welche Gene sich durch die Mikrogravitation evtl. gar verändern, installieren die Forscher auch ein PCR-Gerät für fortlaufende Analysen. Des weiteren befindet sich ein Ionenchromatograph zur Analyse der Stoffkreisläufe an Bord und insgesamt 32 Kameras werden das Wachstum der Pflanzen und das Verhalten der Algen überwachen. Darüber hinaus verfolgen diverse Sensoren u.a. die Entwicklung von pH- und Sauerstoffwerten.

Währenddessen sollen unabhängig davon auch noch weitere Experimente laufen:

„Das DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin nutzt den Flug ins All für die Langzeitmessung der Weltraumstrahlung mit den Strahlungsdetektoren RAMIS (Radiation Measurement in Space). Das Strahlungsfeld im Weltraum ist gerade bei Langzeitaufenthalten im Weltall nicht nur für Astronauten ein limitierender Faktor, sondern wirkt auch auf jedes andere biologische System – seien es Pflanzen, Tiere oder Mikroorganismen. Mit RAMIS messen die DLR-Strahlenbiologen deshalb sowohl an der Außenwand als auch im Inneren des Satelliten das Strahlenfeld. Die Daten sollen sowohl als Grundlage für die Weiterentwicklung von Modellen des Strahlenfelds dienen als auch die Höhe der Strahlungsdosis erfassen, die während des Flugs auf die Eu:CROPIS-Lebensgemeinschaft einwirkt. Die amerikanische Weltraumbehörde NASA führt ein Experiment zur Photosynthese-Messung an Algen mit.“ [2]

Der ungefähr 250 Kilogramm schwere Eu:CROPIS-Satellit soll im Frühjahr 2016 von Kalifornien aus ins All geschossen werden und in ca. 600 km Höhe ein Jahr lang aktiv bleiben. Er wird anschließend in der Erdatmosphäre verglühen. [2]

Langzeitmissionen, für die derartige Systeme in ausgereifter Form benötigt werden, liegen natürlich noch in relativ ferner Zukunft. Dennoch werden die Experimente der Eu:CROPIS-Mission vermutlich durchaus unmittelbar von Nutzen sein. So können die Erkenntnisse bzgl. der Euglena wahrscheinlich auch in der terrestrischen Landwirtschaft genutzt werden, um die güllebedingte Ammoniakbelastung von Böden zu reduzieren. Darüber hinaus bieten die extra für diese Mission konstruierten, super-kompakten Versionen des PCR-Gerätes und des Chromatographen ebenfalls irdische Anwendungsmöglichkeiten, z.B. beim raschen Nachweis von Krankheitserregern, veränderten Genen oder bei der Überwachung der Trinkwasserqualität in Brunnen. Der erwähnte Rieselfilter (C.R.O.P.) ist offenbar sogar bereits im Einsatz – an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Universität Bonn:

* (Wer sie selbst einmal aussäen möchte und über Kontakte zu Lehrern in den USA verfügt, kann die Samen im Internet erwerben.)

[1] http://www.livescience.com/27868-plant-sex-zero-gravity.html
[2] http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10258/368_read-10095#gallery/14438