{"id":23061,"date":"2016-09-15T06:00:59","date_gmt":"2016-09-15T04:00:59","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2016\/09\/15\/pflanzenwachstum-im-all\/"},"modified":"2025-05-14T16:17:43","modified_gmt":"2025-05-14T14:17:43","slug":"pflanzenwachstum-im-all","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2016\/09\/15\/pflanzenwachstum-im-all\/","title":{"rendered":"Pflanzenwachstum im All"},"content":{"rendered":"

Hinweis: <\/b>Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2016<\/a>. Hinweise zum Ablauf des Bewerbs und wie ihr dabei Abstimmen k\u00f6nnt findet ihr hier<\/a>.
\n\"sb-wettbewerb\"<\/a><\/i><\/p>\n

Das sagt der Autor des Artikels, Hendrik Feil<\/b> \u00fcber sich:<\/b>
\nIch komme aus Stade, gehe in die 12. Klasse und nehme am Seminarfach Astronomie teil und m\u00f6chte nach der Schule Chemie studieren. In meiner Freizeit gehe ich zum Segelfliegen und engagiere mich im Technischen Hilfswerk.
\n——————————————
\nPflanzenwachstum im All<\/p>\n

In zahlreichen wissenschaftlichen Zeitschriften wird seit einiger Zeit \u00fcber Pl\u00e4ne unterschiedlicher Unternehmen berichtet, welche entweder die Besiedlung anderer Planeten, z.B. den Mars, Reisen an den Rand unseres Sonnensystems oder einfach den Weltraumtourismus m\u00f6glich machen soll. In den Artikeln wird Bezug auf die Technik der Raumschiffe oder den Aufbau der Stationen im All genommen. Jedoch bleibt ein sehr wichtiges Thema au\u00dfen vor. Woher bekommen die Astronauten ihre Lebensmittel? Auf dem Mars gibt es schlie\u00dflich nicht die Voraussetzungen f\u00fcr den Anbau von Getreide und Gem\u00fcse. Ich m\u00f6chte in meinem Artikel \u00fcber dieses Problem schreiben und bisher gefundene L\u00f6sungswege vorstellen.
\nEine Versorgung der Menschen im All von der Erde aus, ist, wenn sie sich im erdnahen Orbit aufhalten, mit 20.000\u20ac pro Kilogramm Lebensmittel noch relativ g\u00fcnstig und man bedenkt, dass die Reise derselben Fracht zum Mars bei rund einer Million Euro liegt . Da jeder Mensch aber mehr als ein Kilo Nahrungsmittel pro Tag (etwa 2000 Kilokalorien) braucht und mehrere Personen an der Mission teilnehmen, sind die Preise selbst in den Orbit auf Dauer zu hoch. Gew\u00e4chsh\u00e4user im All k\u00f6nnen hier Abhilfe schaffen.
\nPflanzen brauchen Licht und N\u00e4hrstoffe zum Wachsen. Auf der Erde erhalten sie Licht von der Sonne und N\u00e4hrstoffe aus der Erde und der Luft. Im All sind hierf\u00fcr Solarpanele und Lampen n\u00f6tig, denn beeintr\u00e4chtigt durch den Schattenwurf und die Eigendrehung der Planeten, kann ohne diese Ma\u00dfnahmen keine ausreichende Lichtversorgung gew\u00e4hrleistet sein. Pflanze und Mensch w\u00e4ren im All aufeinander angewiesen, denn im All herrscht ein Vakuum und die Atmosph\u00e4ren anderer Planeten enthalten nicht das ideale Gasgemisch f\u00fcr das Pflanzenwachstum. Die Versorgung der Stationen mit Kohlenstoffdioxid w\u00e4re ebenfalls zu teuer. Der Mensch k\u00f6nnte das ben\u00f6tigte Kohlenstoffdioxid und Wasser \u00fcber seine Atmung liefern. Die Pflanze nimmt dieses auf und wandelt es in den vom Menschen ben\u00f6tigten Sauerstoff um und produziert f\u00fcr ihren Eigenbedarf Glukose.
\n6 CO2 + 6 H2O \u21cc C6H12O6 + 6 O2
\nDie menschlichen Ausscheidungen k\u00f6nnen desweiteren als N\u00e4hrstoffe weiterverwendet werden. Erste Versuche werden zurzeit vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum getestet. Die unbemannte Mission EU:CROPIS soll testen, ob eine solche Lebensgemeinschaft bestehen kann. Daf\u00fcr wird eine Lebensgemeinschaft aus mehreren Bakterien und zwei Tomatenpflanzen in einem Satelliten auf eine H\u00f6he von 600 km gebracht. Die Bakterien leben w\u00e4hrend der Mission in einem Rieselfilter. Dort wird k\u00fcnstlicher Urin aus Vorratsbeh\u00e4ltern in f\u00fcr die Tomatenpflanze verwendbaren D\u00fcnger umgewandelt. Der vom Mensch produzierte Harnstoff zerf\u00e4llt. Dabei entsteht Ammoniak und Kohlenstoffdioxid. <\/p>\n

CO(NH2)2 + H2O \u2192 CO2 + 2 NH3
\nDas Ammoniak wird von den Bakterien bei der sogenannten Nitrifikation zun\u00e4chst zu Nitrit und dann zu Nitrat umgesetzt.
\nNH3 + 3 O2 \u2192 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O
\n2 NO2- + O2 \u2192 2 NO3-
\nNitrat ist ein sehr guter und wichtiger N\u00e4hrstoff f\u00fcr Pflanzen, denn der enthaltene Stickstoff ist sehr wichtig f\u00fcr die Bildung von Aminos\u00e4uren, welche wiederum f\u00fcr den Aufbau von Proteinen verwendet werden. \u00dcbersch\u00fcssiges Ammoniak wird von dem Einzeller Euglena abgebaut um die Pflanze vor schweren Sch\u00e4den zu sch\u00fctzen. Ammoniakmolek\u00fcle reagieren mit Wassermolek\u00fclen in einer sogenannten S\u00e4ure-Base Reaktion zu Ammonium-Ionen und Hydroxid-Ionen.
\nNH3 + H2O \u21cc NH4+ + OH-
\nAmmonium-Ionen k\u00f6nnten von der Pflanze ebenfalls als N\u00e4hrstoff aufgenommen werden. Es besteht jedoch die Gefahr, dass die Pflanze durch die Hydroxid-Ionen gesch\u00e4digt wird, da diese eine starke Base sind und somit den pH-Wert der Umgebung stark erh\u00f6hen. Eine Atmosph\u00e4re wird dabei durch einen Drucktank simuliert. Ein Tag-Nacht Rhythmus wird durch eine LED- Beleuchtung simuliert. (1)<\/p>\n

\"Bild:<\/a>
Bild: DLR (CC-BY 3.0)<\/a><\/figcaption><\/figure>\n
\"Bild:<\/a>
Bild: DLR (CC-BY 3.0)<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

N\u00e4hrstoffversorgung w\u00e4re durch die oben genannten Ma\u00dfnahmen kein Problem, doch ein ganz wichtiger Punkt fehlt noch, die Schwerkraft. Seit dem Anbeginn der Erde hat sich in Bezug auf die Umwelt viel ge\u00e4ndert, wie zum Beispiel der Aufbau der Atmosph\u00e4re oder die herrschenden Temperaturen. Die Schwerkraft oder Gravitation ist konstant geblieben. Sie spielt eine wesentliche Rolle bei den chemischen und physikalischen Abl\u00e4ufen in jedem Lebewesen, hat also Einfluss auf deren Entwicklung, Fortpflanzung und Stoffwechsel.
\nDie ersten Lebewesen haben sich im Wasser entwickelt. Schon hier war die Schwerkraft \u00fcberlebenswichtig. Welchen Einfluss diese Kraft auf die Evolution hat, sieht man besonders gut, als die ersten Tiere bzw. Pflanzen begannen an Land zu leben und zu wachsen. Tiere mussten ein stabileres Skelett entwickeln, damit sie ihr Gewicht bzw. ihren K\u00f6rperbau aufrechthalten halten k\u00f6nnen, so auch Pflanzen. Ihre Struktur musste sich so wandeln, dass sie ihr eigenes Gewicht halten k\u00f6nnen und nicht einfach umfallen. Einiges hat sich nicht gewandelt. So sind Pflanzen an Land und im Wasser Bewegungen ihres Umfelds ausgesetzt. Im Meer sind dies die Gezeiten oder Meeresstr\u00f6mungen, an Land ist es der Wind. Gew\u00e4chse m\u00fcssen sich also an etwas verankern um diesen Kr\u00e4ften entgegen zu wirken, um nicht weggesp\u00fclt oder weggeweht zu werden. Diesen Halt findet die Pflanze in der Erde und am Meeresgrund mit Hilfe ihrer Wurzeln.
\nDoch woher wei\u00df die Natur wo der Boden ist? Die Gravitation der Erde wirkt stets in Richtung ihres Mittelpunkts, also zum Erdkern hin. Stellen wir uns nun eine Zelle vor. In ihrem Inneren schwimmen unterschiedlich schwere Ionen und Molek\u00fcle umher. Schwerere Teilchen schwimmen dabei im unteren Bereich und leichtere oben. Diesen Effekt macht sich die Pflanze zu nutzen. Die schweren Teilchen nennt man in dem Zusammenhang Statholiten. H\u00e4ufig sind diese Teilchen St\u00e4rkemolek\u00fcle. Wieso der Organismus daher wei\u00df, wo oben und unten ist, ist bisher nicht genau gekl\u00e4rt. Forscher meinen, es k\u00f6nne an den aus der unterschiedlichen Verteilung resultierenden Dr\u00fccken auf andere Strukturen im Organismus liegen. Die Pflanze wei\u00df daher wo der Erdboden bzw. der Erdmittelpunkt ist. In der entgegengesetzten Richtung muss folglich die Erdoberfl\u00e4che sein. Die Pflanze wei\u00df folglich in welche Richtung die Wurzeln und in welche Richtung die Bl\u00e4tter wachsen m\u00fcssen. Die F\u00e4higkeit sich an der Gravitation der Erde zu orientieren nennt man bei Pflanzen Gravitropismus. Die F\u00e4higkeit sich an der Richtung des Lichts zu orientieren nennt man Phototropismus. Sowohl Erde als auch Luft und Sonne spielen schlie\u00dflich eine entscheidende Rolle beim Wachstum, Kohlenstoffdioxid und Licht auf der Erdoberfl\u00e4che f\u00fcr die Photosynthese und das Entnehmen von N\u00e4hrstoffe aus dem Erdboden. Wir sehen jetzt, dass die Schwerkraft sehr wichtig f\u00fcr das Pflanzenwachstum ist. Deshalb werden im All Zentrifugen benutzt um die Schwerkraft zu simulieren. Wenn sich Zentrifugen drehen beginnen Kr\u00e4fte zu wirken. Die erzeugten Kr\u00e4fte kennen wir alle aus unserer Kindheit vom Spielplatz oder Jahrmarkt. Die sogenannte Zentripetalkraft. Wenn ein K\u00f6rper sich auf einer Kreisbahn mit einer Geschwindigkeit bewegt, wirkt eine nach au\u00dfen gerichtete Kraft auf ihn. Diese sorgt beim Kettenkarussell daf\u00fcr, dass die Mitfahrer nach au\u00dfen weggedr\u00fcckt werden. <\/p>\n

\"Bild<\/a><\/p>\n

Masse m \u2013 blau; Geschwindigkeit v \u2013 gr\u00fcn; Zentrifugalkraft \u2013 hellrot; Zentripetalkraft – dunkelrot
\nDoch wie schnell m\u00fcsste z.B ein Satellit mit einem Gew\u00e4chshaus sich um seine eigene Achse drehen um Schwerkraftbedingungen des Mondes zu simulieren? Wir gehen in unseren \u00dcberlegungen von einer ausgewachsenen Tomatenpflanze von 20 Zentimeter H\u00f6he aus. Weiteres zu der Pflanze wird im n\u00e4chsten Kapitel erl\u00e4utert. Wir nehmen an, dass die Pflanze mit ihrem Boden und kleineren Bauteilen zur N\u00e4hrstoffversorgung etwa 5 Kilogramm wiegt. Der Radius betr\u00e4gt 35 Zentimeter, denn die Wurzel der Pflanze wird vermutlich auf einer Kreisbahn mit dem genannten Radius liegen. Auf dem Mond herrscht nun die 0,16 fache Gravitation der Erde. Unsere Formel l\u00f6sen wir zun\u00e4chst nach der Geschwindigkeit v auf. Sie lautet dann Wurzel aus Kraft mal den Radius geteilt durch die Masse (\u221a(F*r)\/m. Wir berechnen dann die Schwerkraft, welche auf die Tomatenpflanze auf der Erde wirkt. Die Formel lautet F=m*g (Masse mal den Ortsfaktor in Mitteleuropa). Wir berechnen die Schwerkraft indem wir die Werte einsetzen. 5 Kilogramm mal 9.81 m\/s\u00b2 ergeben eine Gravitation von 49,05 Newton. 16 Prozent davon sind 7,848 Newton (49,05 N *0,16 =7,848 Newton). Wir setzen diesen Wert nun in unsere Formel ein, mit der wir die Zentrifugalkraft berechnen wollen. Die Wurzel aus 7,848 Newton mal 35 Zentimeter Radius geteilt durch die Masse von 5 Kilogramm ergibt eine Geschwindigkeit von 0.741 Metern pro Sekunde. Umgerechnet mit dem Faktor 3,6 in Kilometer pro Stunde muss sich der Satellit mit einer Geschwindigkeit von 2,66 Kilometern pro Stunde um die eigene Achse drehen um die Schwerkraft des Mondes zu simulieren. Wenn man die Geschwindigkeit des Marses simulieren will muss eine kleine \u00c4nderung vorgenommen werden. Mit der oben genannten Formel unter denselben angenommenen Werten, muss die Geschwindigkeit von 2,668 auf 4,112 Kilometer pro Stunde erh\u00f6ht werden. Die Zentrifugalkraft w\u00fcrde nun die Schwerkraft des Marses, welche die 0,38 fache Schwerkraft der Erde ist, simulieren. (2)
\nVerfasst von Hendrik Feil aus Stade
\nAnhang
\n(1)\tDer Absatz enth\u00e4lt Informationen von folgender Website.
\nhttps:\/\/www.dlr.de\/dlr\/desktopdefault.aspx\/tabid-10081\/151_read-17874\/#\/gallery\/23027
\naufgerufen am 30.08.16
\n(2)\tDer Absatz enth\u00e4lt Informationen von folgender Website.
\nhttps:\/\/www.esa.int\/ger\/ESA_in_your_country\/Germany\/WAICO_Wie_orientieren_sich_Pflanzen_ohne_Schwerkraft
\naufgerufen am 30.08.16<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Hinweis: Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2016. Hinweise zum Ablauf des Bewerbs und wie ihr dabei Abstimmen k\u00f6nnt findet ihr hier. Das sagt der Autor des Artikels, Hendrik Feil \u00fcber sich: Ich komme aus Stade, gehe in die 12. Klasse und nehme am Seminarfach Astronomie teil und m\u00f6chte nach der Schule Chemie […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":953,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[764,12],"tags":[2666,361,11407,272,14335],"class_list":["post-23061","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-schreibwettbewerb","category-technik","tag-blog-schreibwettbewerb","tag-iss","tag-pflanzen","tag-raumfahrt","tag-technik"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23061","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=23061"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23061\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":23062,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23061\/revisions\/23062"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/953"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=23061"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=23061"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=23061"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}