Schnellstes Labor im Universum

  08.01.2021Kategorie Wissenschaft

Das schnellste Labor rast so geschwind, dass es ganze 16 Mal den Jahreswechsel feiern konnte. Etwa alle 90 Minuten umkreist es unsere Erde mit 28.000 Stundenkilometern. Dabei handelt es sich um das Biolab der Internationalen Raumfahrtstation (kurz ISS). Trotz der Extrembedingungen im All, liefert das biologisches Labor wichtige Forschungsergebnisse.

Das europäische Weltraumlabor

Das Biolab unterstützt Experimente an Mikroorganismen, Zellen, Gewebekulturen, kleinen Pflanzen und winzigen wirbellosen Tieren. Die Durchführung von biowissenschaftlichen Experimenten im Weltraum verdeutlicht, welche die Rolle der Schwerelosigkeit auf allen Ebenen eines Organismus spielt. Mit anderen Worten können die Auswirkungen auf eine einzelne Zelle oder komplexen Organismus, einschließlich des Menschen, untersucht werden.

Bild: Aufbau des Biolab auf der ISS. Quelle: ESA

Am 7. Februar 2008 flog das europäische Columbus-Labor, samt dem Biolab, mit dem Space Shuttle Atlantis (STS-122) zur ISS und dient seitdem als gemeinschaftliche wissenschaftliche Einrichtung. Es kann grob in einen automatischen Teil (links) und einen manuellen Bereich unterteilt werden (rechts). Im automatischen Bereich des Biolabs haben zwei Zentrifugen mit Probencontainern Platz. Über die Zentrifugen kann eine simulierte Schwerkraft erzeugt werden, um zu vergleichen, wie Proben auf Schwerelosigkeit und künstliche Schwerkraft reagieren. Die Probencontainer können mit Sauerstoff, Kohlendioxid oder Licht versorgt werden.

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    Experimente im All

    Werfen wir einen kurzen Blick auf zwei Experimente, die ins All geflogen sind:

    • WAICO – Wurzelwachstum unter Einfluss der Schwerkraft

    Üblicherweise nutzen Pflanzen die Schwerkraft auf der Erde zur Orientierung bei ihrem Wachstum. Dabei richten keimende Pflanzen ihren Spross aktiv in Richtung des Lichtes und somit entgegen der Schwerkraft. Ihre Wurzeln wachsen jedoch in den Erdboden zum Erdkern hin, um den Pflanzenkörper zu verankern und mit Nährstoffen versorgt zu werden. In zwei Versuchsläufen wurde untersucht, wie das Wurzelwachstum von der Arabidopsis-Pflanzen in der Schwerelosigkeit oder mit induzierter Schwerkraft abläuft.

    Bild: Wurzelwachstum (oben – auf der Erde, unten – im All) Quelle: ESA

    Trotz reduzierter Schwerkraft bildeten die Arabidopsis-Pflanzen wellen- und kreisförmiges Wurzeln, die jedoch auf einer Seite stärker wuchsen. Ebenfalls wurde ein Gen entdeckt, das für eine schwerkraftabhängige Veränderung der Pflanzenorgane verantwortlich ist. Deshalb sind Ergebnisse vor allem der biologischen Grundlagenforschung von Großem nutzen und liefern Erkenntnisse über den Anbau von Pflanzen für zukünftige, längere Weltraum-Missionen.

    • TRIPLELUX-B: Miesmuscheln im All

    In diesem Experiment untersuchten Astronauten, wie das Immunsystem voll Zellen der Miesmuschel auf Eindringlinge in der Schwerelosigkeit reagieren. Dafür wurden Fresszellen aus dem Muschelblut extrahiert, isoliert und für ihren Einsatz im Weltall eingefroren. Im Biolab auf der ISS wurden den aufgetauten Zellen Hefezellkulturen zugefügt.

    Diese sollen die Fresszellen dazu stimulieren, Eindringling wie Bakterien oder andere Fremdpartikel zu vernichten und unschädlich zu machen. Die Reaktion auf die Eindringlinge wurde durch den Farbstoff Luminol sichtbar gemacht. Wenn die Fresszellen der Muschel die Eindringlinge frisst und verdaut, setzen sie radikale Sauerstoffverbindungen frei, die aufgrund der Reaktion mit dem Luminol zu leuchten beginnen. Schließlich kann durch die Messung des Lichtes der produzierte Sauerstoff gemessen werden. Dadurch wird deutlich, wie aktiv die Muschelzellen die Eindringlinge bekämpft.

    Bild: Astronaut Alexander Gerst bei der Arbeit am Biolab auf der ISS.
    Quelle: ESA

    Die Sterne stehen günstig

    Die Ergebnisse vom Biolab können unser Leben auf der Erde stark beeinflussen, da sie Auswirkungen auf Produkte im medizinischen, pharmakologischen oder biotechnologischen Bereich haben. Sie tragen zu wichtigen Erdanwendungen und der Grundlagenforschung bei.

    Im Herbst 2021 wird der deutsche Astronaut Matthias Maurer zur ISS fliegen. Mitunter sind Versuche mit Pflanzensamen geplant, an dem er ein halbes Jahr Forschungen betreiben könnte. Möglicherweise kommen vielleicht noch andere spannende biologische Experimente mit an Bord für das „schnellste Labor im Kosmos“.

    Weitere Informationen:

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    ESA – Biolab

    Biolab – Deutsches Raumfahrtkontrollzentrum GSOC – Besuch im Kontrollraum – DLR Columbus-Kontrollzentrum (col-cc.de)

    8 Biolab LR.pdf (esa.int)

    Matthias Maurer fliegt im Herbst 2021 zur ISS – Spektrum der Wissenschaft

    ESA – Biolab

    DLR – Raumflugbetrieb und Astronautentraining – Biolab: Ein Labor für biologische Experimente

    ESA – WAICO: Wie orientieren sich Pflanzen ohne Schwerkraft?

    „Verfressene“ Miesmuschel-Zellen im All – DLR Portal

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