Förra månaden dundrade en raket utanför en NASAs startramp i Virginia, avsedd för den internationella rymdstationen. Inbäddat bland de 7, 400 lbs. of supplies var en handfull frön designade för att öppna nya fönster till vår kunskap om hur växter växer i rymden – information som kan leda till att man odlar färsk mat i rymden för människor ombord på rymdstationen eller producerar biobränsle på vår egen planet.

Designerfröna skapades i Norman Lewis laboratorium, en forskare från Washington State University som har lett den mångåriga ansträngningen att få ut fröna i rymden. Lewis ansträngningar gav slutligen resultat när ett rymdskepp sprängde iväg från NASA:s Wallops Flight Facility på småtimmarna den 21 maj. Det är det allra första experimentet som genomfördes i NASA:s avancerade växtmiljö – den mest avancerade miljötillväxtkammaren någonsin i rymden – på International Rymdstation.

Fröna kommer att växa till växten Arabidopsis, mer känd som thale krasse. Experimentet sätter det vanliga ogräset, hittas ofta längs vägkanten eller i sprickor i trottoaren, helt i framkant av rymdkoloniseringen. För om människor ska ge sig ut på ett år långt uppdrag till Mars, de kommer att behöva odla färsk mat längs vägen. Att göra det, vi måste förstå hur växter växer i rymden.

Lewis arbetar med forskare vid EMSL, the Environmental Molecular Sciences Laboratory, en Department of Energy Office of Science User Facility vid Pacific Northwest National Laboratory. EMSL-forskaren Mary Lipton kommer att leda analysen av tusentals av växternas proteiner för att förstå hur växterna som odlas i rymden jämförs med motsvarigheter som odlats under identiska förhållanden – förutom tyngdkraften – tillbaka på Kennedy Space Center i Cape Canaveral, Fla.

Projektet har mer än 180 sensorer tränade på växterna, göra detaljerade mätningar av temperatur, belysning, syre, koldioxid, fukt och andra variabler när rymdstationen svävar mer än 17, 000 miles per timme runt jorden, 254 mil ovanför våra huvuden.

Jordens gravitation är fortfarande formidabel på den höjden så det är inte helt rätt att kalla miljön "noll gravitation". Anläggningarna kommer att vara i ett kontinuerligt tillstånd av fritt fall, en miljö som forskare kallar "mikrogravitation".

Det är första gången växter kommer att odlas i rymden under exakt kontrollerade förhållanden, och jämfört med identiska motsvarigheter odlade under liknande exakta förhållanden. På rymdstationen, en omgång data kommer att samlas in var femte sekund, och tre kameror kommer att ta två foton varje dag för att övervaka tillväxten.

I kärnan av experimentet finns sex typer av Arabidopsis:en vildtyp, en med en förbättrad kolinfångningsmekanism och fyra med kompromitterad ligninsyntes.

Fokus ligger på ligninet, det tuffa växtväggsämnet som gör att växter kan trotsa gravitationen och växa upprätt. Forskare kommer att studera hur växterna reagerar på rymdstationens viktlösa förhållanden. Till exempel, kommer växterna fortfarande att växa "upp" även i en mikrogravitationsmiljö?

Lignin tjänar växter bra på så många sätt. Det gör växter svåra att äta, skydda dem från växtätare. Det skyddar systemet som transporterar näring och vatten genom hela växten. Och det tillåter dem att trotsa gravitationen och växa uppåt istället för att vara amorfa markbundna klumpar.

Men materialet, en bokstavlig vägg i en växt, är också en barriär för forskare vid EMSL och på andra håll försöker skapa nya växtbaserade biobränslen. Lignin gör växter resistenta mot kemisk manipulation, till omvandling till växtbaserade biobränslen. Således intresset för att utforska beteendet hos växter med brist på lignin för jordbaserade, vardagsliv.

"Växter kraftigt reducerade i lignin kan fortfarande leva och växa, men de är inte riktigt starka nog att trivas under de flesta förhållanden. De kan inte riktigt stå upp på egen hand – det är som att ha färre ben i kroppen för att hålla dig strukturellt intakt. Men under förhållanden med mikrogravitation, växterna kanske klarar sig bra med mindre lignin, sa Lewis, en Regents-professor vid WSU:s Institute of Biological Chemistry.

Livskraftiga växter med mindre lignin erbjuder många saker. På jorden, mindre lignin översätts till enklare metoder för att utvinna användbar energi från växten. I rymden, om växtens energi kan styras bort från att skapa amorft lignin, kanske kunde mer av växten ätas – mer mat för astronauter på långdistansuppdrag och kanske mer syre som produceras för astronauter att andas. Detta skulle också göra rymdodlade växter lättare att återvinna.

Medan forskare har odlat saker i rymden i 30 år - sallad, kål, potatisar, solrosor, ärtor – växterna som skapats av Lewis labb är de mest sofistikerade växterna som någonsin tagit en tur på rymdstationen.

Dessa växter var en del av nya studier i Lewis-labbet som inkluderade EMSL-forskaren Kim Hixson, som fick sin Ph.D. i Lewis-labbet förra månaden. Där, Lewis leder en besättning med extraordinär kunskap om lignin – vilka molekyler som styr dess avsättningsmönster och vad som händer när nyckelgener eller proteiner slås ut. Som doktorand i labbet, Hixson studerade former av molekyler som kallas dehydrataser, som utför mycket av den molekylära magin som är involverad i att reglera lignin i växter.

"På jorden, växter behöver lignin; det ger växter styvheten att stå emot gravitationen. Men vad händer i en mikrogravitationssituation? Det är vad vi utforskar, sa Hixson.

Hixson och kollegor vid WSU hittade indikationer på att en förändring i ligninnivåerna påverkar det som kallas "fosfoproteomet, " underuppsättningen av proteiner som aktivt slås på eller av under vissa förhållanden.

Medan Lewis är en erfaren rymdbonde, efter att ha odlat douglasgran, vete och andra växter på rymdfärjor när de användes, dagens resurser på EMSL och på andra ställen erbjuder att ge honom en djupare titt än någonsin tidigare på vad som händer inuti växter.

Han och Lipton har haft ett långvarigt samarbete, och Lewis förlitade sig på EMSL-resurser för att göra en del av det tidiga arbetet som satte scenen för det aktuella experimentet. Lipton, som har ett gemensamt uppdrag på WSU, är en del av det NASA-finansierade konsortiet Lewis som sattes ihop för flera år sedan för att fortsätta forskningen. I projektet ingår också forskare vid University of New Mexico, New Mexico Consortium och Los Alamos National Laboratory.

Vetenskapen på marken kommer att få feber sent i höst, efter att växterna i det rymdbaserade växthuset skördats och flyger tillbaka till jorden. Ogräset från rymden kommer att skivas och tärnas och transporteras till flera laboratorier, inklusive EMSL, där de kommer att hjälpa till att sätta scenen för vår framtid, på denna planet och på andra håll.