När växter på jorden söker efter näring och vatten, vad driver deras riktning? Mycket enkelt, gravitationskraften hjälper dem att hitta den enklaste vägen till de ämnen de behöver för att växa och frodas. Vad händer om gravitationen inte längre är en del av ekvationen?

Botaniker från Ohio Weslyan University utnyttjar mikrogravitationsmiljön på den internationella rymdstationen för att studera rottillväxtbeteenden och sensoriska system i en undersökning som kallas Gravity Perception Systems (Plant Gravity Perception). Forskarna letar efter anpassningsförmåga till mikrogravitation och mäter den totala känsligheten för simulerad gravitation för två stammar av senapsplantor, Inklusive Arabidopsis thaliana Wild Type och en stärkelsefri genetisk variant. Inom vildtypen, stärkelse fungerar som en vikt, faller inom rotspetsarna och driver dem mot jorden.

Som ledande utredare för Plant Gravity Perception, botanikern Chris Wolverton beskriver utredningens centrala fråga:"Vi vill veta - vad är den minsta mängd gravitationsväxter som kan upptäcka för att orsaka att tunga [stärkelsehaltiga] kroppar faller i deras celler?"

Studien exponerar båda stammarna för inkrementella mängder av gravitation som sträcker sig från fyra tusendelar eller 0,004 G - hela vägen upp till ett G. Som jämförelse, gravitationskraften som upplevs på jorden är konstant ett G.

Varför inkludera två typer av plantor? Även om exakta trösklar för stärkelsehaltiga stammar är dåligt förstådda, svarsmekanismer för stärkelsefria genetiska varianter är ännu mer av ett mysterium.

Plant Gravity Perception använder acceleration från European Modular Cultivation System (EMCS) för att simulera gravitation. Plantor placeras först i frökassetter, sedan inriktad längs radiella blad på en centrifugalrotor. Detta låter utredare kontrollera intensiteten av gravitationen som upplevs vid någon punkt längs de roterande armarna, testa hundratals bråkdelar av gravitationsgrader på en enda gång genom kontrollerade snurr.

Ungefär som de populära åkattraktioner på karnevaler som snurrar ryttare och får dem att "fastna" på väggarna, denna undersökning ökar stadigt exponeringen av g-kraften för att testa de yttre gränserna för plantor perceptuella förmågor. När centrifugens armar snurrar, forskare hoppas kunna fastställa exakt var tillväxtresponsen börjar.

Mest intressant av allt kan vara de stärkelsefria växternas svar. Även för de utan stärkelse, den muterade formen av plantorna kan fortfarande behålla samma sensoriska perceptionssystem som deras kusiner. Dessa växter kan fortfarande känna av gravitationen men reagerar bara vid högre trösklar, inte kunna röra sig alls, eller använd helt andra ledtrådar för att bestämma tillväxtriktningen. När centrifugens acceleration stängs av, forskare kan också mäta plantans svar på mikrogravitation och fastställa en baslinje.

Som fotosyntetiska organismer, växter är också mycket känsliga för ljussignaler för tillväxt. Använda riktat ljus, Plant Gravity Perception tillhandahåller ytterligare tillväxtsignaler vid olika punkter för att testa förhållandet mellan ljusuppfattning och gravitationsuppfattning. Hemma, botanister kan titta på filmerna för att bedöma svaren.

Även om det kretsande laboratoriet regelbundet fylls på, besättningsmedlemmar måste konsumera färska leveranser snabbt. För att komplettera ett stort utbud av hållbara livsmedel, Utredningar av rymdstationer som Veg-03 gör det möjligt för astronauter att agera som trädgårdsmästare och komplettera sina kostvanor med hopp om att lägga till näringsvariation och minska vikten av nyttolasten som är avsedd för livsmedelsbutiker.

Medan plantor från Plant Gravity Perception inte hamnar på astronauternas tallrikar, deras studerade tillväxt främjar vår kunskap om perceptuella trösklar och gör det lättare att välja lämpliga trädgårdsgreener som sannolikt kommer att trivas i rymden för framtida långvariga rymdfärder, inklusive utforskningsuppdrag bortom låg omloppsbana runt jorden.

För jorden, Wolverton noterar att gravitationsuppfattning i rötter "påverkar hur effektiv en växt är, hur lyhörd den är för torka, till översvämning, till gödsel."

Han lägger till, "Om vi ​​förstod bättre hur [gravitationen] uppfattas... öppnar det upp en hel källa till egenskapsförädling och genetisk variation som vi kan titta på." Detta skulle göra det möjligt för jordbrukare att välja rottillväxt lämplig för olika gödslingsnivåer, marksammansättning och miljöextremer.