Quando le piante sulla Terra cercano nutrienti e acqua, cosa guida la loro direzione? Molto semplicemente, la forza gravitazionale li aiuta a trovare il percorso più semplice per le sostanze di cui hanno bisogno per crescere e prosperare. Cosa succede se la gravità non fa più parte dell'equazione?

I botanici dell'Ohio Weslyan University sfruttano l'ambiente di microgravità della Stazione Spaziale Internazionale per studiare i comportamenti di crescita delle radici e i sistemi sensoriali in un'indagine nota come Gravity Perception Systems (Plant Gravity Perception). I ricercatori cercano l'adattabilità alla microgravità e misurano la sensibilità complessiva alla gravità simulata per due ceppi di piantine di senape, Compreso Arabidopsis thaliana Wild Type e una variante genetica senza amido. All'interno del tipo selvatico, l'amido agisce come un peso, cadendo all'interno delle punte delle radici e spingendole verso la Terra.

In qualità di investigatore capo di Plant Gravity Perception, Il botanico Chris Wolverton descrive la domanda centrale dell'indagine:"Vogliamo sapere:qual è la minima quantità di gravità che le piante possono rilevare per causare la caduta di corpi pesanti [amidacei] nelle loro cellule?"

Lo studio espone entrambi i ceppi a quantità incrementali di gravità che vanno da quattro millesimi o 0,004 G - fino a un G. In confronto, la forza gravitazionale sperimentata sulla Terra è costante G.

Perché includere due tipi di piantine? Mentre le soglie esatte per i ceppi amidacei sono poco conosciute, i meccanismi di risposta per le varianti genetiche senza amido sono ancora più misteriosi.

La percezione della gravità delle piante utilizza l'accelerazione del Sistema di coltivazione modulare europeo (EMCS) per simulare la gravità. Le piantine vengono prima poste in cassette di semi, quindi allineati lungo pale radiali di un rotore centrifugo. Ciò consente agli investigatori di controllare l'intensità della gravità sperimentata in qualsiasi punto lungo i bracci di rotazione, testare centinaia di gradi frazionari di gravità in una sola volta attraverso rotazioni controllate.

Proprio come le famose giostre dei carnevali che fanno girare i cavalieri e li fanno "attaccare" alle pareti, questa indagine aumenta costantemente l'esposizione alla forza g per testare i confini esterni delle capacità percettive delle piantine. Mentre i bracci della centrifuga girano, gli scienziati sperano di individuare esattamente dove inizia la risposta alla crescita.

La cosa più interessante di tutte possono essere le risposte delle piante senza amido. Anche per quelli senza amido, la forma mutante delle piantine può ancora mantenere lo stesso sistema di percezione sensoriale dei loro cugini. Queste piante possono ancora percepire la gravità ma rispondono solo a soglie più elevate, non potersi assolutamente muovere, o utilizzare segnali completamente diversi per determinare la direzione della crescita. Quando l'accelerazione della centrifuga è disattivata, gli scienziati possono anche misurare la risposta delle piantine alla microgravità e stabilire una linea di base.

Come organismi fotosintetici, le piante sono anche molto sensibili ai segnali luminosi per la crescita. Utilizzando luci direzionate, La percezione della gravità delle piante fornisce ulteriori spunti di crescita in vari punti per testare la relazione tra la percezione della luce e la percezione della gravità. A casa, i botanici possono guardare il filmato per valutare le risposte.

Anche se il laboratorio orbitante è regolarmente rifornito, i membri dell'equipaggio devono consumare rapidamente le consegne fresche. Per integrare una grande offerta di alimenti a lunga conservazione, le indagini sulla stazione spaziale come Veg-03 consentono agli astronauti di agire come giardinieri e integrare le loro diete con la speranza di aggiungere varietà nutrizionale e ridurre il peso del carico utile di rifornimento dedicato ai negozi di alimentari.

Mentre le piantine di Plant Gravity Perception non finiranno sui piatti degli astronauti, la loro crescita studiata approfondisce la nostra conoscenza delle soglie percettive e rende più facile la selezione di giardini da giardino appropriati che possono prosperare nello spazio per futuri voli spaziali di lunga durata, comprese le missioni di esplorazione oltre l'orbita terrestre bassa.

Per la Terra, Wolverton osserva che la percezione della gravità nelle radici "influenza l'efficienza di una pianta, quanto è sensibile alle condizioni di siccità, alle inondazioni, al fertilizzante".

Aggiunge, "Se capissimo meglio come [la gravità] viene percepita... questo apre un'intera fonte di selezione dei tratti e variazione genetica a cui possiamo guardare". Ciò consentirebbe agli agricoltori di selezionare la crescita delle radici appropriata per diversi livelli di fertilizzazione, composizione del suolo ed estremi ambientali.