LONDON (IT BOLTWISE) – Forschende der Purdue University testen, wie sich Tomatenpflanzen in Bedingungen bringen lassen, die Mikrogravitation zumindest teilweise nachbilden. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie Astronauten auf langen Missionen Nahrung anbauen und nachproduzieren können, statt alles mitzuführen. Das Projekt ist an Nasa-Initiativen gekoppelt und läuft im Rahmen einer Wettbewerbsaufgabe mit einem Gesamtpreisgeld von 750.000 US-Dollar. Technisch entscheidend ist dabei ein Setup, das Keimung und Wurzelbildung von der Schwerkraft entkoppelt, um das Pflanzenwachstum stabiler zu machen.
Die NASA plant bemannte Missionen mit Blick auf den Mars, doch die entscheidende Alltagsfrage für Astronauten klingt zunächst unerwartet: Was steht während einer mehrmonatigen Reise auf dem Speiseplan – und wie wird der Nachschub zuverlässig erzeugt? Genau an diesem Punkt setzt eine Forschungskooperation der Purdue University an. Im Umfeld der Initiative „Deep Space Mars to Table Challenge“ geht es um Konzepte für Food-Systems, die sich auf Mond und Mars einsetzen lassen. Purdue-Teams haben dafür den Pflanzenanbau in den Fokus gerückt und testen in einem Campuslabor, wie sich Gemüse in einem Umfeld entwickeln kann, das den Pflanzen bekannte Signale der Erde nimmt.
In Raum 1441 am Lilly Hall of Life Sciences laufen die Experimente im kontrollierten Rahmen. „Plants respond to the environment they are grown in“, bringt eine Professorin für Horticulture und Landscape Architecture die Grundidee auf den Punkt: Schon kleine Änderungen bei Faktoren wie Druck, Wasserverfügbarkeit oder Schwerkraft können das Wachstumsverhalten deutlich verschieben. Das wird besonders relevant, weil ein Weg zum Mars nicht nur eine Distanzüberbrückung ist, sondern auch eine radikale Veränderung der physikalischen Rahmenbedingungen. Pflanzen sind auf der Erde darauf spezialisiert, Wurzeln in Richtung des Schwerkraftsignals wachsen zu lassen; sobald dieses Signal fehlt oder anders interpretiert wird, entstehen neue Herausforderungen für die gleichmäßige Entwicklung und für die Stabilität des gesamten Anzugsystems.
Gerade deshalb arbeitet Purdue an einer Lösung, die Mikrogravitation nicht als abstraktes Stichwort behandelt, sondern technisch nachstellt. Eine Doktorandin beschreibt, dass Tomaten in null Schwerkraft bzw. im „deep space“-ähnlichen Umfeld nicht automatisch erkennen, wohin sie wachsen sollen. Für den Projektstart nutzte das Team kleine Tomatensamen in einem speziellen Science-Carrier, einem Container, wie er bei Raumflügen eingesetzt wird, um Samen zu halten, zu transportieren und die Keimung in Mikrogravitation anzustoßen. Sobald die Samen keimen, soll das Pflanzenwachstum auch in diesem Off-World-Setup in Richtung „Rooting“ funktionieren – also das Verhalten erreichen, das im Alltag eher aus Gewächshaus- oder Bodenbezügen bekannt ist.
Der zweite technische Baustein ist ein Gerät namens Clinostat. Dabei handelt es sich um ein System, das Pflanzen in einer Art rotierender Haltung um den Schwerpunkt bewegt, sodass die Orientierung der Schwerkraftwirkung für die Versuchspflanzen gedämpft oder anders „wahrnehmbar“ wird. Das Team berichtet, dass die Pflanzen unter den so hergestellten Bedingungen „fantastic“ aussahen und es gelang, Tomatenpflanzen zu ziehen. Für die Ingenieursseite ist das mehr als ein schöner Laborerfolg: Es zeigt, dass sich Pflanzenanbau-Setups auf Erde so konfigurieren lassen, dass sie wichtige Wachstumsparameter für spätere Flugbedingungen vorhersagbarer machen. Gleichzeitig schließt es die Lücke zwischen Grundlagenforschung und dem, was für Raumfahrtpraktiker gebraucht wird: stabile Prozesse für Keimung, Etablierung und weiteres Wachstum.
Wichtig ist zudem die Einordnung in den Wettbewerbsrahmen. Die „Deep Space Mars to Table Challenge“ ist als contest konzipiert, bei dem für Konzepte zur Umsetzung auf der Oberfläche von Mars und Mond insgesamt ein Preisgeld von 750.000 US-Dollar ausgelobt ist. Solche Ausschreibungen beschleunigen typischerweise, weil sie nicht nur akademische Machbarkeit verlangen, sondern auch anwendungsnahe Antworten auf Systemfragen: Wie kann ein Food-System mit begrenzten Ressourcen funktionieren, wie lässt sich es überwachen und wie wird es so betrieben, dass es im Alltag einer Mission nicht ständig ausfällt? Purdue macht dabei deutlich, dass sich kontrollierte Umgebungen auf der Erde bereits als „Signal“ dafür eignen, wie Forschung später für Astronauten auf langen Missionen funktionieren kann.
Auch aus Unternehmens- und Engineering-Sicht ist das Feld spannend, weil sich hier mehrere Technologiebereiche überlagern: Agrarsysteme treffen auf Life-Support-Architektur, Sensorik und Regelungstechnik treffen auf Kulturmethoden, und letztlich entsteht ein Hardware-Software-Stack, der in einer abgeschotteten Umgebung zuverlässig arbeiten muss. Für Entwickler bedeutet das, dass die Kernarbeit nicht bei „einfach Pflanzen wachsen lassen“ stehen bleibt, sondern bei der wiederholbaren Optimierung von Wachstumsprozessen unter veränderten Bedingungen, inklusive der Herausforderung, wie sich Wurzeln, Licht- und Wasserverhältnisse sowie CO₂- oder Luftparameter in einem geschlossenen oder halbgeschlossenen Betrieb stabil halten lassen. Je besser diese Teilprobleme verstanden sind, desto eher lassen sich spätere Anbausysteme als modulare Komponenten in eine Missionsumgebung integrieren.
Gleichzeitig liefert das Projekt einen zweiten Nutzen, der über den Weltraum hinausgeht. Wenn das Team besser versteht, wie sich Ökosysteme und Biome durch kontrollierte Umweltfaktoren in ein funktionierendes Zusammenspiel bringen lassen, dann profitieren davon auch die Ansätze für nachhaltige Landwirtschaft und für kontrollierte Anbausysteme auf der Erde. Denn die Frage, wie man „ein Zuhause“ auf dem Mars vorbereitet, bedeutet im Kern, die Mechanismen zu lernen, die hier unsere Lebensbedingungen stabil halten. Caldwell formuliert das als Verbindung zwischen dem Blick nach vorn und dem Erkenntnisgewinn zurück: Indem man Pflanzenanbau in einer Off-World-Logik versteht, wird das Verständnis für irdische Systeme und deren Anpassungsfähigkeit konkreter.
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