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RUB-Schnecken aus dem Weltraum zurueck



Bochum, 02.02.1998
Nr. 27

Schnecken und Fische aus dem Weltraum zurück
RUB-Wissenschaftler ,hochzufrieden" mit den Komponenten
Erfolgreicher Flug der Spaceshuttle mit ,C.E.B.A.S.-MINI-MODUL"


Mit der pünktlichen Landung der Raumfähre Endeavour am 31.1.98 um
23:35 MEZ im Kennedy Space Center (Florida) kehrten auch die drei vom
Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) finanzierten
Experimentanlagen zur Erde zurück. Mit dabei: das biologische
Experimentsystem "C.E.B.A.S.-Minimodul", ein in sich geschlossenes,
künstliches Ökosystem mit Süßwasserfischen, Schnecken, Wasserpflanzen
und Mikroorganismen in einem Wasservolumen von nur 8,6 Litern, das
unter Leitung des Bochumer Biologen Prof. Dr. Volker Blüm
(Vergleichende Endokrinologie, Fakultät für Biologie der RUB)
entwickelt worden ist. Ab dem 9. Februar ist Prof. Blüm wieder in der
RUB erreichbar.

Nach 5,8 Mio Kilometern Flug ...

Nach der Öffnung des C.E.B.A.S.-Tanksystems nur drei Stunden nach
der Landung der Endeavour und einer ersten, vorläufigen Inspektion
äußerten sich die beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure
hochzufrieden über den Zustand der biologischen und technischen
Komponenten von C.E.B.A.S.. In den nächsten Tagen und Wochen werden
detaillierte Tests und Untersuchungen der deutschen und
amerikanischen Biologen Aufschluß über die genauen Auswirkungen der
Weltraumbedingungen auf Physiologie, Morphologie und Biochemie der
C.E.B.A.S.-Bewohner geben, die in 8 Tagen und 19 Stunden 138mal die
Erde umkreisen und dabei etwa 5,8 Millionen Kilometer zurückgelegt
haben. Bereits am 2. April 1998 wird das C.E.B. A.S.-Minimodul
seinen zweiten Flug ins All antreten. Mit der 16 Tage dauernden
"Neurolab"-Mission der Raumfähre Columbia wird dann eine im
Vergleich zum Erstflug beinahe doppelt so lange Experimentzeit zur
Verfügung stehen.

C.E.B.A.S. simulierte Biosphäre im Weltraum

Das ,Closed Equilibrated Biological Aquatic System" (C.E.B.A.S.) ist
ein geschlossenes künstliches aquatisches Ökosystem, in dem
wurzellose Wasserpflanzen (Ceratophyllum demersum, Gemeines
Hornkraut) im Prozeß der Photosynthese Lichtenergie in chemische
Energie umwandeln, indem sie Wasser und Kohlendioxyd in Kohlenhydrat
und Sauerstoff umwandeln. Letzterer dient Fischen (Xiphophorus
helleri, Schwertträger), Wasserschnecken (Biomphalaria glabrata) und
Mikroorganismen zur Atmung, wobei diese wiederum Kohlendioxid
ausscheiden, welches von den Pflanzen zur Photosynthese benötigt
wird. Als Endprodukt des Eiweißstoffwechsels geben die Wassertiere
Ammoniumionen ab, die sich im Wasser teilweise in giftiges Ammoniak
umwandeln. Dieses wird von speziellen ammoniumoxidierenden
Mikroorganismen in einem Bakterienfilter zuerst in Nitrit- und dann
in Nitrationen umgewandelt, die dann den Pflanzen als
Stickstoffquelle dienen. So etabliert sich das ,Gerüst" eines
Stoffkreislaufs, in dem die Pflanzen als ,Produzenten" Lichtenergie
in chemische Energie umwandeln, wobei u. a. der hierbei gebildete
Sauerstoff von Tieren und Mikroorganismen, den ,Konsumenten",
verbraucht wird. Das C.E.B.A.S. simuliert so in stark vereinfachter
Weise Stoff- und Energiekreisläufe, die die Grundlage der Existenz
der Biosphäre, d. h. der Erdkruste und der Atmosphäre und der darin
befindlichen belebten und unbelebten Natur sind. Somit ist dieses
System ein vorzügliches Experimentierwerkzeug zur Modellanalyse
aquatischer Ökosysteme in der terrestrischen Forschung. In ihm
können aber auch die Einflüsse von Weltraumbedingungen auf die in
ihm lebenden Organismen studiert werden. Die angewandten Aspekte
dieser Forschung führen zu Systemen, in denen durch die Verwendung
pflanzenfressender Fische zusätzlich ein Nahrungskreislauf
geschlossen wird. Diese lassen sich als innovative
Intensiv-Aquakultursysteme zur Produktion pflanzlicher und
tierischer Biomasse zur menschlichen Ernährung optimieren. Dies ist
der zweite Anknüpfungspunkt des C.E.B.A.S. an die Weltraumforschung:
Produktionssysteme für tierisches und pflanzliches Eiweiß sind in
sog. bioregenerativen Lebenserhaltungssystemen (z. B. für lunare oder
planetare Basen) unter reduzierter Schwerkraft nur als geschlossene
Aquakultursysteme realisierbar.

Großmodul mit 150 Litern - Minimodul mit 8,6 Litern

Das C.E.B.A.S. wurde an der RUB in dem vom BMBF über DARA/DLR und dem
Land NRW eingerichteten ,C.E.B.A.S.-Forschungszentrum" von Prof. Blüm
und seinen Mitarbeitern in 13-jähriger Foschungsarbeit entwickelt;
letztere bauten auch am Kennedy Space Center mit Unterstützung durch
NASA eine große Fisch-und Schneckenproduktionsanlage auf, in der sie
Tausende von Tieren für die Weltraum- und Laboratoriumsexperimente
züchteten. Es existiert in zwei Versionen: das ,Original-C.E.B.A.S."
mit einem Gesamtvolumen von ca. 150 l und das ,C.E.B.
A.S.-MINI-MODUL" mit 8,6 l Inhalt, das speziell für
Raumfahrtexperimente optimiert wurde. Das raumflugfähige System wurde
von der Bremer Firma OHB gefertigt. Es besteht aus einem
,Organismentank" und Peripheriegeräten, die einen nahezu
vollautomatisierten Betrieb zulassen, d. h. lediglich die Kassetten
zur Viodeoaufzeichnung müssen täglich von einem Astronauten
gewechselt werden. Das gesamte Gerät ist in einen sog.
,Middeck-Locker" eingepaßt, der im Schlaf- und Aufenthaltsraum der
Astronauten in ein spezielles Regal eingebaut ist. Der Organismentank
besteht aus den typischen C.E.B.A.S.-Komponenten: 2 Tiertanks
(Zoologische Komponente), einem Pflanzenbioreaktor (botanische
Komponente), einem Bakterienfilter (mikrobiologische Komponente) und
einer Meß-/Überwachungseinheit (elektronische Komponente).

Zwei Ziele: Systemtest und der Einfluß des Weltraums

Der Weltraumflug des C.E.B.A.S.-MINI-MODULS hatte zwei Ziele. Das
erste war, die Funktionalität der biologischen und technischen
Komponenten unter Weltraumbedingungen zu untersuchen, um die
Verwendbarkeit des Systems grundsätzlich auszuloten und erste Ansätze
zu einer Analyse der Interaktionen der Einzelkomponenten zu
erarbeiten. Das zweite Ziel war die Nutzung des Systems zur Lösung
verschiedener wissenschaftlicher Fragestellungen zum Einfluß von
Weltraumbedingungen auf die im ihm lebenden Organismen. Die
Entwicklung des C.E.B.A.S. orientierte sich von Anfang an an diesem
interdisziplinären wissenschaftlichen Rahmenprogramm, in das bei der
STS-89-Mission 4 deutsche und zwei U. S. -amerikanische
Universitäten sowie das Hospital of Special Surgery in New York
involviert sind, die im folgenden mit ihren Unterprojekten
aufgelistet sind:

Kooperationspartner unter der Leitung von RUB-Forschern

1. Ruhr-Universität Bochum: Ökosystemanalyse,
Xiphophorus-Reproduktionsbiologie und -Embryologie (Prof. Dr. V.
Blüm, Dr. M. Andriske, Dr. F. Paris), Ceratophyllum-Morphologie und
Physiologie (Dr. H. Holländer-Czytko, Dr. D. Voeste), Mikrobiologie
des Gesamtsystems (Prof. Dr. W. Rüger) ;

2. Heinrich-Heine-Univetrsität Düsseldorf: Xiphophorus-Immunologie
(PD Dr. R. Goerlich);

3. Universität Hamburg: Biomphalaria-Embryologie
und-Schalenbiomineralisierung (Prof. Dr. W. Becker);

4. Universität Stuttgart-Hohenheim: Xiphophorus-Neurobiologie (Prof.
Dr. H. Rahmann, Dr. R. Anken);

5. City University of New York, Brooklyn College:
Xiphophorus-Reproduktionsbiologie (Prof. Dr. M. Schreibman, Dr. L.
Magliulo-Cepriano);

6. University of Texas, Medical School, San Antonio: Biomphalaria-
und Xiphophorus-Lagesinnesorgane (Prof. Dr. M. Wiederhold);

7. Hospital of Special Surgery:
Xiphophorus-Skelett-Biomineralisierung (Prof. Dr. S. Doty).

BMBF und NASA zahlen

Die deutschen Forscher werden vom BMBF via DLR finanziert, die
amerikanischen von der NASA. Alle diese Unterprojekte sind
eigenständige Forschungsvorhaben. Sie schließen aber auch den Kreis
zum ,Ökosystemaspekt" des C.E.B.A.S., indem ihre Einzelergebnisse
wertvolle Bausteine einer Systemanalyse sind.

4 trächtige Schnecken und 200 Jungtiere "wohlauf!"

Auf der Endeavour befanden sich 4 trächtige Xiphophorus-Weibchen, 200
Jungtiere, zahlreiche Wasserschnecken, Ceratophyllum-Pflanzen und ein
Bakterienfilter. Die zur Erde zurückgekehrten Organismen befanden
sich nach der ersten Inspektion in ausgezeichnetem Zustand und alle
beteiligten Wissenschaftler erhielten ausreichende Mengen von
Untersuchungsmaterial, das in den nächsten Monaten wissenschaftlich
aufgearbeitet werden wird. Die kontinuierlich erfaßten
physikalischen Systemdaten werden Einsichten in den Stoffhaushalt
erleichtern. Erste Experimente und Beobachtungen zum Schwimm- und
Orientierungsverhalten von Fischen und Schnecken nach der Mission und
an Videoaufnahmen aus dem Weltraum versprechen interessante
Ergebnisse. Das C.E.B.A.S.-MINI-MODUL ist das erste artifizielle
aquatische Ökosystem mit Wirbeltieren, das im Weltraum seine
Funktionsfähigkeit und biologische Selbstregulation bewies.


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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 700-2830, -3930
Fax: + 49 234 7094-136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

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