Wirkungen der Schwerkraft

Auf der Erde zeigen Pilze ein biologisch sehr sinnvolles Wachstumsverhalten: Die Fruchtkörper entwikkeln sich lotrecht, entgegen der Richtung der Erdbeschleunigung. Je nach Ausgangsposition kommt es dabei zu einer Krümmung des Pilzfruchtkörpers. Durch dessen lotrechte Position können die auf der Hutunterseite der Pilze gebildeten Sporen optimal nach unten ausfallen und vom Wind verbreitet werden. Die Nachkommenschaft der Pilze ist somit gesichert. Schon lange stellten sich Wissenschaftler die Frage, ob die Schwerkraft diesen Mechanismus steuert. Daß dies tatsächlich so ist, konnte während des Weltraumexperiments "Fungi" im Laufe der zweiten deutschen Spacelab-Mission D2 bewiesen werden. 

Bevor ausgewählte Pilzkulturen ins All starten konnten, bedurfte es jedoch längerer Vorbereitungen. Zunächst mußte ein Pilz gefunden werden, den Prof. Hock und sein Forschungsteam leicht und relativ schnell zum Fruchten bringen konnten. Die zu untersuchenden Pilzkulturen mußten quasi auf Abruf bereitstehen, da bei Weltraumflügen der Starttermin immer wieder verschoben wird. Schließlich wurde der Samtfußrübling, Flammulina velutipes, zum Forschungsprojekt auserkoren. Im All betreuten zwei Astronauten das Experiment "Fungi" neben neunzig weiteren Experimenten unterschiedlichster Fachrichtungen. Sie entnahmen Proben für die elektronenmikroskopische Untersuchung und fixierten die Pilzfruchtkörper im Zustand der Schwerelosigkeit. Nachdem die Samtfußrüblinge wieder auf der Erde gelandet waren, stellten die Weihenstephaner Biologen fest, daß die Pilzkulturen in der Schwerelosigkeit ein anderes Wachstumsverhalten als auf der Erde zeigen: Sie orientieren sich nach dem Zufall in alle Richtungen. Die lotrechte Orientierung der Fruchtkörper funktioniert folglich nur unter Wirkung der Schwerkraft. 

Wo und wie sind Pilze jedoch in der Lage, die Schwerkraft wahrzunehmen und sich entsprechend zu krümmen? Wie Hock erklärt, "weiß" jede Zelle des obersten Stielbereichs des Pilzes, wie sie im Raum orientiert ist. Einiges spricht dafür, daß die Zellkerne, welche im Fruchtkörperstiel vermehrt auftreten, die Schwerkraft wahrnehmen und der Zelle die entsprechende Information durch die Verlagerung ihres Gewichtes zutragen. Zellkerne sind die einzigen schweren Organellen der Pilzzellen; sie befinden sich in einem aus Aktin"kabeln" bestehenden Cytoskelett, das in der äußeren Zellmembran verankert ist. Präsentiert man der Zelle Hemmstoffe, die diese Kabel zerstören, ist ihre Schwerkraftwahrnehmung stark reduziert. Zu einem Krümmungswachstum der Pilzes kommt es jedoch erst durch die interne Kommunikation der Hyphen, die zusammen den Fruchtkörperstiel bilden. Diese führt dazu, daß sich die unteren Hyphen stärker strekken und wachsen als die oberen, was sich im Elektronenmikroskop gut nachverfolgen läßt. Anders als in den Hyphen der Stieloberseite entstehen in denen der Stielunterseite sehr viele kleinste Vakuolen oder Vesikel. Diese verschmelzen mit großen Vakuolen und vergrößern diese so, daß der für die stärkere Zellausdehnung nötige Druck entsteht. Das kooperative Wachstumsverhalten der Hyphen des Samtfußrüblings beruht darauf, daß eine Wachstumssubstanz oder ein Hemmstoff zwischen den Zellen verlagert wird. Hierbei handelt es sich um eine auswaschbare Substanz - unter Wasser krümmen sich die Pilze nicht. "Welche Substanzen bzw. welche Hormone dabei genau im Spiel sind, wird ein Forschungsthema der Zukunft sein," erklärt Hock. 

Sex ohne Schwerkraft

Bei der Auswertung der Experimente ließen sich jedoch keine nennenswerten Unterschiede in der Rekombinatinsfrequenz der Pilzkulturen im All und auf der Erde feststellen; nur in vereinzelten Fruchtkörpern hatte sich die Frequenz stark erhöht. Verantwortlich dafür ist jedoch nicht die Schwerkraft, sondern die Weltraumstrahlung, HZE-Strahlung genannt. Sie entsteht durch schwere Teilchen, hauptsächlich Eisenionen, die die Sonne fast mit Lichtgeschwindigkeit ausschleudert. Durch die HZE-Partikel bricht das Chromosom und wird anders rekombiniert. Für die Zukunft sind noch weitere Versuche mit Schlauchpilzen im Weltall geplant. Bereits 2002 sollen auf der Weltraumstation Alpha biologische Experimente durchgeführt werden. Die Weihenstephaner Wissenschaftler haben sich für die Teilnahme an dem Experiment beworben und einen mehrmonatigen Multigenerationsversuch vorgeschlagen, bei dem sich die Rekombinationsfrequenzen noch besser untersuchen lassen. 

Langfristiges Ziel dieser Projekte ist es herauszufinden, ob andere Lebewesen, einschließlich des Menschen, auch über längere Zeit unter Weltraumbedingungen leben können. Denn letztendlich gelten die Erkenntnisse, die über die Pilze herausgefunden wurden, für alle kernhaltigen Zellen. "Wenn Pilze unter Weltraumbedingungen beschädigt werden, dürfte man mit menschlichem Leben unter diesen Bedingungen gar nicht erst anfangen," meint Hock. Der Umkehrschluß ist leider noch nicht möglich. Ob Menschen jemals im Weltall leben werden, steht also noch in den Sternen. 

Monika Wimmer/TUM