Verdensrommet gav svar på eldgammel gåte (1.2.09, 21:06)

Et 120 år gammel vitenskapsspørsmål har fått sitt svar: Både Charles Darwin og NTNUs egen professor Anders Johnsson hadde rett.

TYNGDEKRAFTEN BESTEMMER VEKSTMØNSTERET : Dette spørsmålet har vært debattert i vitenskapen i over 100 år. Problemet har vært realistiske eksperimenter. Først på 80-tallet ble det foretatt forsøk i rommet, men da med planter dyrket på bakken. Bjarte Gees Bokn Solheims planter har spiret og vokst frem i verdensrommet. Foto: Tor H. Monsen.

Planter vokser seg oppover. Stengel og sideskudd strekker seg oppover i loddlinja. Veksten foregår ved at planten skrur seg rundt og rundt i et spiral- eller rotasjonsmønster.

I alle fall på Jorden. Men vil vekstprosessen foregå på samme måte også i vektløs tilstand?

Biolog versus fysiker
Darwin skrev flere bøker om planters vekst, og undret seg over dette fenomenet. Verdens mest berømte biolog mente dette skyldtes plantenes eget interne system som genererte rotasjonsbevegelsene i de voksende skuddspissene. Professor i fysikk Anders Johnsson utfordret biologen Darwin på 60-tallet med å hevde at planters roterende vekstmønster - eller circumnutasjoner – i hvert fall i noen planter kunne være et produkt av gravitasjonskraftens påvirkning.

Svaret på det 120 år gamle spørsmålet fant stipendiat Bjarte Gees Bokn Solheim, Anders Johnsson og biologiprofessor Tor-Henning Iversen på Den internasjonale romstasjonen (ISS) 400 kilometer over bakken.

Tyngdekraften betydelig innvirkning
I august 2007 tok romfergen Endevour av med frø fra Trondheim i lasten. Fysiker Bjarte Gees Bokn Solheim har i sin doktoravhandling nitidig studert plantenes utvikling fra time til time gjennom bilder sendt ned fra ISS hvert femte minutt. Planten er blitt observert både i vektløshet og i simulert tyngdekraft for å finne svaret på Darwins gåte.

DEN LILLE FORSKJELLEN : Til venstre ser vi blomsterstengelen ca. syv minutter før gravitasjon ble skrudd på, med andre ord er planten i vektløs tilstand. Til høyre er planten 62 minutter etter gravitasjon ble skrudd på. Man ser tydelig hvordan sideskuddene retter seg inn etter loddlinjen, fra topp til bunn i bildet. I minuttene etter dette siste bildet startet circumnutasjonene opp og vedvarte så lenge gravitasjonen var på, ifølge stipendiaten. Foto: ISS/Bokn Solheim.

Resultatene viser at tyngdekraft tilsvarende Jordens absolutt har innvirkning på vekstbevegelsene. Men: Planten viste også circumnutasjoner i vektløshet, om enn svært svake. Klart er det i alle fal at normal tyngdekraft definitivt har avgjørende betydning for vekstbevegelsene for planter.

- Styrken ved denne studien er for det første at hele vekstsyklusen, fra frø, via spiring, til utvokst plante, har funnet sted i vektløs tilstand i rommet. Dette er ikke gjort før. Dessuten har vi en klar kontroll, ved at vi har kunnet slå av og på simulert gravitasjon for å studere eventuelle endringer. Dermed har vi en klar påvisning av tyngdekraftens påvirkning, sier Bokn Solheim.

Tidsgrafer for begge tilstandene viser forskjellene klart (se bilde). Bevegelsene i vektløshet er så små at man kan hevde dette skyldes et dårlig definert ”noise”: En naturlig ujevn vekst i planten som produserer ørsmå bevegelser, tilfeldigheter i det ytre miljøet man ikke har kartlagt, eller plantens indre system for vekst.

Bokn Solheim holder seg til hva resultatene viser: – små selvgenererte rotasjonsbevegelser kan finnes – men Johnsson hadde også rett – gravitasjonen forsterker bevegelsene kraftig.

Resultatene vil bli publisert i tidsskriftet New Phytologist.

- Glad for framskrittet i forskningen
Dette er grunnforskning på eksperimentelt plan. Solheims prosjekt har ikke annen hensikt enn å søke svar på de elementære spørsmålene.

- Planters tilvekst og biomasseproduksjon er et helt sentralt og basalt fysiologisk tema, sier Bokn Solheim.

- Vitenskapen er nå et skritt videre. Neste spørsmål som melder seg er hvorfor og hvordan tyngdekraften spiller inn, sier han.

- Jeg ser ikke dette som en seier for meg, men jeg er glad for at vi er nå kommet et skritt videre. Det er en seier at vi endelig fikk anledning til å gjøre et eksperiment i rommet all den tid hypotesen ikke lot seg bevise på bakken, uttaler professor Anders Johnsson.

Dette arbeidet er en del av prosjektet Multigen I - et felles fysikk/fysiologiarbeid - som har vært så heldig å få plass på Den internasjonale romstasjonen. Den europeiske romfartsorganisasjonen ESA ønsker nå at forskningen til biologene på Plantebiosenteret og fysikerne på Gløshaugen videreføres i Multigen II.

BEVISET : Dette er 3D-bildet Bokn Solheim og Johnsson sendte over til ESA som reddet prosjektet. Bruker man 3D-briller, ser man stengelen i midten av bildet. Fotomontasje: Bjarte Gees Bokn Solheim.

Prosjektet reddet i siste liten
Hele forsøket holdt på å bli avbrutt på det mest kritisk tenkelig punkt oppe i romstasjonen, forteller Bokn Solheim.

På grunn av oppstartsproblemer med utstyret som medførte en forsinkelse i plantens utvikling, kom plantenes tilvekst på etterskudd fra første stund. Solheim måtte ha kontinuerlige data fra minst en voksen plante i omtrent 60 dager for å kunne få klare observasjoner og resultat. Et avgjørende øyeblikk var da stengelen på planten skulle ha vist seg. Prosjektet var bortimot fjorten dager forsinket allerede. NASA og ESA tellet på knappene og ville avbryte forsøket. Om ikke stengelen viste seg innen 26. oktober klokken 13.00 – da prosjektgruppen skulle ha møte – ville ”life support” bli slått av.

Fram mot datoen skjedde det ingenting. Bokn Solheims avhandling stod i fare for å ikke ha noen vektløsplanter å forske på. I disse dagene var alt helsvart, forteller stipendiaten. Samme morgen som møtet skulle finne sted, satte Bokn Solheim seg som vanlig ned foran datamaskinen og hentet ned de siste bildene. Tilsynelatende ingenting da heller. Men da han satte sammen en anaglyf – en 3D-simulering han utviklet for vanlige fotografier – observerte han så vidt hva som måtte være en ørliten stengel. Bilder tatt fra forskjellige vinkler etterlot ingen tvil. Bildet ble e-postet prosjektgruppen kort tid før møtet, og planten og forsøket fikk leve videre.

Bjarte Solheims disputas finner sted fredag 6. februar i Rådssalen på Gløshaugen.

Forskning.no: Astro-gartnere – Om Multigen I-prosjektet Forskning.no: Det spirer i rommet

Av:Tor H. Monsen
Forsidefoto: NASA.