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Überleben im All – Warum die ISS Moos angesetzt hat

Björn Huwe und Annelie Fiedler machten die Moose „fit“ fürs All. Foto: Annelie Fiedler

Björn Huwe und Annelie Fiedler machten die Moose „fit“ fürs All. Foto: Annelie Fiedler

Nachts in der Uni. Alle Lichter sind aus. Nur im Büro von Björn Huwe flackert der Bildschirm. Der Biologe sitzt an seinem Schreibtisch im Institutsgebäude am Botanischen Garten und schaut gebannt auf den Monitor. Mehr als dreieinhalb Tausend Kilometer entfernt, auf dem Weltraumbahnhof Baikonur, startet eine Sojus-Rakete ins All. Mit an Bord: biologische Fracht aus Potsdam, Moose und Bakterien. Über NASA-TV ist Björn Huwe live dabei, aufgeregt und fasziniert zugleich, wohl auch ein wenig stolz, trotz der Ungewissheit. Ob alles gut geht? In welchem Zustand werden die Proben in der ISS ankommen? Und wird es gelingen, sie am Swesda-Modul der Raumstation anzubringen? Irgendwie ist es für den jungen Wissenschaftler auch ein Loslassen. Was jetzt geschieht, liegt nicht mehr in seiner Hand ...

Gewiss, dies ist eine ungewöhnliche Geschichte, die vor gut fünf Jahren ihren Anfang nahm. „Es war die Zeit, als sich weltweit die Bestrebungen verstärkten, Leben außerhalb der Erde zu erforschen“, berichtet Biologie-Professorin Jasmin Joshi und erinnert sich amüsiert an manch exotische Vorschläge, wie etwa das Tulpenzüchten auf dem Mond. Sehr ernsthaft wurden jedoch Projekte vorangetrieben, die das Verhalten von Extremorganismen unter extraterrestrischen Bedingungen untersuchen. Zu ihnen gehört das 2014 gestartete biologische Marsexperiment BIOMEX. Bakterien, Algen, Flechten und Moose werden an der Außenhülle der ISS 18 Monate lang dem Vakuum und der Strahlung im Weltraum ausgesetzt. Die Wissenschaftler interessiert, ob die Organismen diese Extremlage überleben und später möglicherweise einen Transport zwischen Erde und Mars überstehen können. Ihr Augenmerk liegt dabei vor allem auf der Stabilität der Zellstrukturen, der Proteine und der DNA, aber auch auf Veränderungen bestimmter Pigmente. Widerstehen die Zellbestandteile den Weltraum- und marsähnlichen Bedingungen in der nahen Erdumlaufbahn, so können sie als stabile Spuren des Lebens bezeichnet werden.

Für BIOMEX wurden zwölf verschiedene Experiment-Pakete geschnürt, an denen 25 Institute im In- und Ausland beteiligt sind. Die Fäden hält der Astrobiologe Jean-Pierre de Vera vom DLR-Institut für Planetenforschung in Adlershof zusammen. „Als er uns fragte, ob wir etwas beitragen wollen, erschien uns das auf den ersten Blick und im wahrsten Sinne des Wortes sehr weit entfernt“, erinnert sich Jasmin Joshi. „Bei näherem Hinsehen aber begriffen wir, welchen Mehrwert wir daraus für die Grundlagenforschung ziehen können.“ Moose, so Joshi, sind bislang wenig untersucht. Sie gehören nicht zu den Nutzpflanzen. Wenn überhaupt, dann interessierte sich die Forschung für deren sekundäre Inhaltsstoffe. In jüngster Zeit aber haben Genetiker Moos als Modellpflanze entdeckt, berichtet die Biologin. Moose sind größtenteils haploid, verfügen also im Gegensatz zu höheren Pflanzen nur über einen einfachen Chromosomensatz. Auch, dass sie unbeschadet lange Trockenphasen überstehen und den Stress großer Temperaturschwankungen aushalten können, weckte das Interesse an den genetischen Eigenschaften dieser evolutionsgeschichtlich bedeutenden Organismen, denen bei der pflanzlichen Besiedelung der Landoberfläche vor etwa 450 Millionen Jahren möglicherweise eine Schlüsselrolle zukommt.

Als sich die Potsdamer Wissenschaftler entschieden, für BIOMEX Moose ins All zu schicken, wussten sie sehr schnell, dass dies nicht „Allerweltsgewächse“ vom Straßenrand oder aus den heimischen Wäldern sein konnten. Die Stärksten und Widerstandsfähigsten sollten es sein, jene, die schon auf der Erde bewiesen haben, dass ihnen Dürre und Hitze ebenso wenig etwas anhaben können wie Frost und extreme UV-Strahlung. Die Wahl fiel auf Kissenmoose aus den Schweizer Alpen. Doktorand Björn Huwe stieg 3.000 Meter hoch ins Gebirge und brachte die „Überlebenskünstler“ nach Potsdam ins Labor. Hier mussten sie nun für ihre Expedition ins All präpariert werden. Kein leichtes Unterfangen! „Alle Proben sollten gleich aussehen. Außerdem mussten wir Wechselwirkungen mit anderen Organismen ausschließen“, berichtet der junge Biologe, der gemeinsam mit Masterstudentin Annelie Fiedler ein spezielles Design entwickelte: Mühevoll lösten sie 50 der feinen Stämmchen aus dem Moospolster heraus, wuschen sie mehrmals mit doppelt destilliertem Wasser und setzten sie wieder zusammen. Als Böden nutzten sie Originalgestein aus den Alpen, aber auch mond- und marsanaloges Material, das ihnen das Museum für Naturkunde Berlin und das Deutsche Institut für Luft- und Raumfahrt lieferte. „Es ging darum, die Bedingungen im Weltall möglichst gut zu simulieren“, erklärt Björn Huwe und erzählt, wie sie die Proben in selbstgebauten Klimakammern verschiedenen Gasgemischen, UV-Strahlung und extremen Temperaturen ausgesetzt haben, um herauszufinden, ob die Moose überhaupt eine Überlebenschance besitzen und sich ihre Reise ins All auch lohnt.

Einiges an Fingerspitzengefühl brauchte es schließlich, die zarten Sporenkapseln der Moospflanzen so zu präparieren, dass sie im Weltraum nicht davonfliegen können. Annelie Fiedler fand hierfür eine praktische Lösung. Sie entwarf winzige Taschen, Pockets aus atmungsaktiver, strahlungsdurchlässiger Folie, die mit sogenanntem Space-Kleber an den Pflänzchen befestigt wurden. Jede einzelne Kapsel wurde auf diese Weise „wegflugsicher“ eingetütet.

Nachdem die Moose alle Stresstests durchlaufen und überlebt hatten, erhielten sie von der europäischen Weltraumagentur ESA ihr Ticket ins All. Allein der Abflugtermin stand noch in den Sternen. Für die Wissenschaftler begann eine zermürbende Zeit des Wartens. Immer wieder wurde der Start verschoben, die Proben trockneten vor sich hin. Dann aber, Anfang 2014, sollte alles sehr schnell gehen. Der Start der Rakete war für Ende Juli geplant. Frische Pflanzen mussten geholt und erneut präpariert werden. „Das war nicht einfach“, erinnert sich Björn Huwe, „im Gebirge lag noch Schnee.“ Vor Ostern stand das Biologenteam zwei Wochen im Labor, um die Pflänzchen zu trennen, zu waschen, wieder zusammenzufügen, auf Gesteinspellets zu kleben und mit Annelies Minitaschen zu versehen. Damit später Vergleichswerte vorliegen, nahmen die Wissenschaftler noch eine Reihe von Nullmessungen vor. Dann wurde die biologische Fracht sorgsam verpackt, mit der Post nach Köln geschickt und später von Kollegen im Handgepäck nach Moskau und Baikonur mitgenommen.

Von dort startete am 23. Juli 2014 um 23 Uhr mitteleuropäischer Zeit ein Raumtransporter zur Weltraumstation ISS. Im August wurden die Proben an der Außenwand des Swesda-Moduls befestigt. Noch blieben sie durch einen Deckel abgeschottet, um zu verhindern, dass probeneigenes Restgas mit der Strahlung reagiert und sich störend auf die Glasfilter niederschlägt. Bei einem zweiten Außenbordeinsatz im Oktober haben Astronauten auch diese letzte Schutzhülle entfernt. Seither befinden sich die Pflanzen im Härtetest. Eineinhalb Jahre müssen sie im Weltraumvakuum unter marsähnlichen Bedingungen ohne Nährstoffe und Feuchtigkeit auskommen. Doch Jasmin Joshi ist zuversichtlich. Sie traut den unscheinbaren Moosen einiges zu: „Im trockenen Zustand sind sie am widerstandsfähigsten.“ 

Wenn die Pflanzen auf die Erde zurückkehren, werden die Wissenschaftler überprüfen, ob noch Photosynthese möglich ist und sich die Zellstrukturen verändert haben. An Proben von Brunnenlebermoos, die Biologen von der Universität Zürich mit in die Frachtkisten gepackt haben, können zudem genetische Schäden diagnostiziert werden. „Die Spezies wurde vor dem Experiment komplett durchsequenziert“, erklärt Jasmin Joshi. Ein Vorher-Nachher-Vergleich ist also möglich. 

Auch Dirk Wagner, Professor für Geomikrobiologie und Geobiologie, erwartet die Rückkehr der Potsdamer Fracht mit Spannung. Er hat Urbakterien, methanogene Archaeen, für den Aufenthalt im All mitgegeben, um mehr über deren Überlebensfähigkeit zu erfahren und ihre Detektierbarkeit in marsanalogem Substrat zu untersuchen. Denn nicht zuletzt sollen die Ergebnisse der BIOMEX-Experimente dabei helfen, mögliches Leben auf dem „Roten Planeten“ zu suchen und zu erkennen. Künftige Marsmissionen werden davon profitieren.

Die Wissenschaftler

Die Biologin Prof. Dr. Jasmin Joshi studierte und promovierte an der Universität Zürich. Seit 2008 ist sie Professorin für Biodiversitätsforschung und Spezielle Botanik an der Universität Potsdam. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Invasionsbiologie und funktionelle Biodiversitätsforschung.

Kontakt

Universität Potsdam
Institut für Biochemie und Biologie
Maulbeerallee 1
14469 Potsdam
E-Mail: jjoshiuni-potsdamde 

Björn Huwe studierte Biologie an der Universität Potsdam und ist hier derzeit Doktorand. Außerdem arbeitet er im Projekt BIOMEX „BIOlogie und Mars Experiment“.

Kontakt

E-Mail: bhuweuni-potsdamde 

Das Projekt

Im Projekt BIOMEX „BIOlogie und Mars Experiment“ arbeiten international 25 Institute zusammen. Es ist Bestandteil des Weltraum-Experiments EXPOSE-R2 der ESA in der internationalen Raumstation ISS. Gefördert wird es durch die Europäische Raumfahrtagentur (ESA) und das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR).

Text: Antje Horn-Conrad, Online gestellt: Agnes Bressa
Kontakt zur Online-Redaktion: onlineredaktionuni-potsdamde