Schwerelose Mikroorganismen

Phytoplankton im Parabelflug

Mit einem Parabelflug haben Schweizer Forscher die Folgen der Schwerelosigkeit auf biologische und physikalische Prozesse untersucht. Mit an Bord war ein Experiment der ETH Zürich, das den Einfluss der Schwerkraft auf das Wanderverhalten von aquatischen Mikroorganismen aufklären will.

Schwerelos forschen: Im Airbus „A310 Zero-G“ flog auch eine Versuchsanordnung der ETH Zürich mit. (Bild: UZH)

Es war ein hochfliegendes und nicht alltägliches Experiment: „Wir konnten eine wichtige Hypothese testen: Änderungen in der relativen Schwerkraft, wie sie in der Umwelt ständig durch Turbulenzen im Wasser vorkommen, beeinflussen das Verhalten aquatischer Mikroorganismen“, freut sich Roman Stocker nach dem bisweilen zweiten Schweizer Forschungsflug in die Schwerelosigkeit.

Der ETH-Professor für Hydromechanik und Grundwasser war zusammen mit vier Forschenden seines Teams mit dabei, als am letzten Samstag der Airbus „A310 Zero-G“ vom Militärflugplatz Dübendorf aus Richtung Süden startete und über dem Mittelmeer eine Serie von parabelförmigen Manövern flog. Dabei herrscht zwischen Steig- und Sinkflug jeweils 22 s lang Schwerelosigkeit. Die ETH-Forschenden nutzten diese seltene Gelegenheit, um den Einfluss der Schwerkraft auf die Physiologie und das Verhalten jener Organismen zu untersuchen, die ganz am Anfang der Nahrungskette stehen und damit eine äußerst wichtige Rolle in vielen Umweltprozessen spielen.

Wandernde Mikroalgen im Visier

Es handelt sich dabei um Phytoplankton – einzellige photosynthetische Algen, die in Meeren und Seen artenreich vorkommen. Tagsüber schwimmen diese Mikroorganismen an die Wasseroberfläche hin zum Licht, nachts migrieren sie in die Tiefe, wo es mehr Nährstoffe gibt. Das Wanderverhalten ist ökologisch relevant und für Gewässerforscher auch deshalb interessant, weil es bei vielen Arten zu sogenannten Phytoplankton-Blüten kommt, die für Fische und Menschen toxisch sein können.

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„Wir wissen, dass Turbulenzen im Wasser die Wanderungen des Phytoplanktons behindern können. Doch die Ursache ist bislang nicht bekannt“, erklärt Stocker. Er und sein Team vermuten, dass winzige Wirbel im Wasser einzelne Zellen zum Taumeln bringen, wodurch sich deren wahrgenommene Schwerkraft relativ zur Schwimmrichtung laufend ändert. Diese Hypothese stammte aus vorherigen Laborexperimenten mit künstlichen Turbulenzen. Mit dem Parabelflug vom Samstag testeten die Forschenden nun, wie eine sich ändernde Schwerkraft das Wanderverhalten des Phytoplanktons beeinflusst.

Filmen und parallel Genaktivität messen

Dazu richtete Stockers Gruppe im „Zero-G-Flieger“ eine Versuchsanordnung ein, die es erlaubt, die mikroskopisch kleinen Zellen beim schwerelosen Schwimmen zu filmen und parallel die Genexpression als Antwort auf Schwerkraftänderungen zu messen.

Bis die Daten vollständig ausgewertet sind, wird einige Zeit vergehen. „Wir erhoffen uns wertvolle Einblicke in einen der wichtigsten Mikroorganismen der Erde. Im Idealfall zeigen sie uns die Mechanismen auf, mit denen Phytoplankton auf Turbulenz und wahrgenommene Schwerkraftänderungen reagiert, damit wir die vielen Umweltprozesse besser vorhersagen können, für welche diese winzigen Organismen verantwortlich sind“, sagt Stocker.

Den Parabelflug organisiert hat die Initiative „Swiss Parabolic Flights“ der Universität Zürich.

Michael Keller, ETH Zürich

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