25.04.2014, 10:34 Uhr | 0 |

Gewächshaus fliegt ins All Deutsche Forscher erproben die Tomatenzucht im Weltall

Wenn es klappt, könnte man den Speiseplan von Astronauten im Weltall deutlich abwechslungsreicher gestalten: Deutsche Forscher schießen ein Gewächshaus ins All, um auszuprobieren, ob man dort frische Tomaten züchten kann. 2016 soll der Versuch starten.

Start der Trägerrakete Falcon 9
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Start der Trägerrakete Falcon 9 in Cape Canaveral: 2016 soll eine Falcon einen Satelliten der DLR mit einem Gewächshaus für Tomaten ins All bringen.

Foto: NASA

Frische Tomaten aus einem kleinen Gewächshaus direkt neben der Internationalen Raumstation: Das wäre für die Astronauten, die jeweils gut ein halbes Jahr in der ISS verbringen und täglich mit Astronautenkosten aus der Tube Vorlieb nehmen müssen, eine geschmackliche Offenbarung. Im Frühjahr 2016 soll die Zuchtstätte in einem Satelliten mit einer Falcon-9-Rakete des privaten Raumfahrtunternehmens SpaceX in die Erdumlaufbahn geschossen werden.

Das Gewächshaus ist das erste konkrete und sichtbare Projekt des im September 2012 vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gestarteten Kompaktsatellitenprogramms, das als Plattform für eigene Forschungen gedacht ist. Allerdings geht es den deutschen Forschern dabei weniger um die Abwechslung des Speiseplans auf der ISS, sondern um die Frage, ob sich frisches Gemüse wirklich im All züchten lässt. Das wäre gerade für längere Missionen auf Mond und Mars von großer Bedeutung.

Das kleine Gewächshaus aus Deutschland wird in dem Satellit „Eu:CROPIS“ (Euglena and Combined Regenerative Organic-Food Production in Space) ins All fliegen. Das kombinierte Lebenserhaltungssystem kann Urin als Dünger nutzen und so das Wachstum von Tomaten für Mond- und Marshabitate sowie Langzeitmissionen ermöglichen. Die Mission wird über ein Jahr laufen, anschließend verglüht der Satellit in der Atmosphäre.

Wechselndes Rotationstempo simuliert Schwerkraft von Mond und Mars

Das spezielle Gewächshaus, untergebraucht in einem nur ein Meter hohen Zylinder mit rund einem Meter Durchmesser, entwickeln Wissenschaftler der Universität Erlangen-Nürnberg gemeinsam mit dem Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des DLR. Das kleine Ökosystem besteht aus zwei separaten Kammern mit jeweils dem gleichen Versuchsaufbau. Darin befindet sich das Gewächshaus, in dem die Tomate Micro-Tina gezogen werden soll, sowie ein Tank, in dem die einzellige Alge Euglena gracilis schwimmt. Integriert sind zudem ein Wassertank und ein Filter. Es ist allerdings nicht der erste Versuch, Astronauten mit frischen Lebensmitteln zu versorgen. Gerade erst lieferte die NASA den Astronauten der ISS Samen zur Zucht von Salat an Bord der Raumstation.

Als Besonderheit ihrer Mission wollen die Forscher untersuchen, wie sich die Tomate und die Alge unter verschiedenen Schwerkraftbedingungen verhalten und entwickeln. Deshalb wird während der einjährigen Mission jeweils nur einer der beiden Versuchsaufbauten aktiv sein. Im ersten halben Jahr wirken Kräfte vergleichbar mit der Schwerkraft unseres Mondes (0,16 Mal Erdschwerkraft) und dann der des Mars’ (0,38 Mal Erdschwerkraft) auf das Gewächshaus.

Die Schwerkraft in der Schwerelosigkeit wird erzeugt, indem sich der 250 Kilogramm schwere Satellit mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit um seine Achse dreht. Ähnlich wie in einem Kettenkarussell wirkt dadurch eine Kraft nach außen, die auf das gesamte Experiment im Inneren als künstliche Schwerkraft wirkt. Die Forscher wollen so herausfinden, ob und wenn ja, wie sich die Einzeller an die dauerhaft verringerte Schwerkraft anpassen können und welche Reaktionen Pflanzen in einem solchen Lebenserhaltungssystem zeigen.

Künstlicher Urin wird von Bakterien in Dünger verwandelt

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 Ammoniakspiegel 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. Für sie ist die Substanz nicht schädlich, ganz im Gegensatz. Sie braucht Ammoniak, um daraus Proteine herzustellen.

Während der Mission werden Kameras und Sensoren erfassen, was im Inneren der Gewächshäuser abläuft: Wie verläuft das Wachstum der Tomaten und ihre Photosynthese? Welchen pH-Wert und welche Sauerstoffkonzentration hat das Wasser, das in einem Kreislaufsystem die Stoffe durch das gesamte Gewächshaus transportiert? Weitere Kameras haben die einzelligen Algen, ihr Schwimmverhalten und somit ihre Wahrnehmung von Schwerkraft im Blick. In regelmäßigen Abständen werden Proben genommen und vollautomatisch auf genetischer Ebene analysiert.

Erkenntnisse sollen auch für die Landwirtschaft nützlich sein

„Mit diesem Experiment wollen wir sehen, ob es möglich ist, Pflanzen in kompakten Anlagen mit in den Weltraum zu nehmen und für das Luft-, Wasser- und Urinrecycling sinnvoll einzusetzen“, erklärt Sebastian M. Strauch, Forscher am Lehrstuhl für Zellbiologie der Universität Erlangen-Nürnberg. „Das wäre für Langzeitmissionen sehr nützlich.“

Die Erkenntnisse der Mission sollen auch der Landwirtschaft nützen. Denn die Gülle, die auf den Feldern ausgefahren wird, enthält ebenfalls Ammoniak, das von den Bakterien in der Erde nur langsam abgebaut wird. Mit dem neu entwickelten Filter könnte die Belastung der Böden reduziert und mehr hochwertiges Nitrat zur Verfügung gestellt werden. So wird der Rieselfilter CROP, der auch in der Weltraummission genutzt wird, bereits in der Landwirtschaftlichen Fakultät der Universität Bonn erfolgreich eingesetzt, um aus Abfällen wertvollen Dünger zu gewinnen.

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Von Gudrun von Schoenebeck
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