Les graines sont alignées le long d'une membrane à l'intérieur de la cassette et germées avant leur exposition à une gravité simulée dans l'EMCS. Crédit :NASA
Lorsque les plantes sur Terre recherchent des nutriments et de l'eau, qu'est-ce qui motive leur direction? Très simplement, la force gravitationnelle les aide à trouver le chemin le plus simple vers les substances dont ils ont besoin pour grandir et prospérer. Que se passe-t-il si la gravité ne fait plus partie de l'équation ?
Des botanistes de l'Ohio Weslyan University tirent parti de l'environnement de microgravité de la Station spatiale internationale pour étudier les comportements de croissance des racines et les systèmes sensoriels dans le cadre d'une enquête connue sous le nom de Gravity Perception Systems (Plant Gravity Perception). Les chercheurs recherchent l'adaptabilité à la microgravité et mesurent la sensibilité globale à la gravité simulée pour deux souches de semis de moutarde, comprenant Arabidopsis thaliana Wild Type et une variante génétique sans amidon. Dans le type sauvage, l'amidon agit comme un poids, tombant dans les extrémités des racines et les conduisant vers la Terre.
En tant qu'investigateur principal pour Plant Gravity Perception, Le botaniste Chris Wolverton décrit la question centrale de l'enquête :« Nous voulons savoir - quelle est la moindre quantité de gravité que les plantes peuvent détecter pour provoquer la chute de corps lourds [amidonnés] dans leurs cellules ? »
L'étude expose les deux souches à des niveaux de gravité incrémentiels allant de quatre millièmes ou 0,004 G - jusqu'à un G. Par comparaison, la force gravitationnelle ressentie sur Terre est constante G.
Croissance d'Arabidopsis dans les cassettes de graines EMCS. Crédit :Chris Wolverton
Pourquoi inclure deux types de semis ? Alors que les seuils exacts pour les souches amylacées sont mal compris, les mécanismes de réponse pour les variantes génétiques sans amidon sont encore plus mystérieux.
Plant Gravity Perception utilise l'accélération du système de culture modulaire européen (EMCS) pour simuler la gravité. Les plantules sont d'abord placées dans des cassettes de semences, puis alignés le long des pales radiales d'un rotor centrifuge. Cela permet aux enquêteurs de contrôler l'intensité de la gravité ressentie en tout point le long des bras rotatifs, tester des centaines de degrés fractionnaires de gravité en une seule fois grâce à des rotations contrôlées.
Tout comme les manèges populaires des carnavals qui font tourner les cavaliers et les font "coller" aux murs, cette enquête augmente régulièrement l'exposition à la force g pour tester les limites extérieures des capacités de perception des semis. Pendant que les bras de la centrifugeuse tournent, les scientifiques espèrent déterminer exactement où commence la réponse de croissance.
Les cassettes de semences utilisées pour le chargement des échantillons dans l'EMCS sont développées et testées par la NASA AMES. Crédit :Chris Wolverton
Le plus intéressant de tous peut être les réponses des plantes sans amidon. Même pour ceux sans amidon, la forme mutante des semis peut encore conserver le même système de perception sensorielle que leurs cousins. Ces plantes peuvent encore sentir la gravité mais ne réagissent qu'à des seuils plus élevés, être incapable de bouger du tout, ou utilisez des indices entièrement différents pour déterminer la direction de la croissance. Lorsque l'accélération de la centrifugeuse est désactivée, les scientifiques peuvent également mesurer la réponse des semis à la microgravité et établir une base de référence.
En tant qu'organismes photosynthétiques, les plantes sont également très sensibles aux signaux lumineux de croissance. En utilisant des lumières dirigées, Plant Gravity Perception fournit des indices de croissance supplémentaires à différents points pour tester la relation entre la perception de la lumière et la perception de la gravité. De retour à la maison, les botanistes peuvent regarder les images pour évaluer les réponses.
Même si le laboratoire en orbite est régulièrement réapprovisionné, les membres d'équipage doivent consommer les livraisons fraîches rapidement. Pour compléter une offre importante d'aliments de longue conservation, les enquêtes de la station spatiale telles que Veg-03 permettent aux astronautes d'agir comme des jardiniers et de compléter leur alimentation dans l'espoir d'ajouter de la variété nutritionnelle et de réduire le poids de la charge utile de réapprovisionnement dédiée aux magasins d'alimentation.
Alors que les semis de Plant Gravity Perception ne se retrouveront pas dans les assiettes des astronautes, leur croissance étudiée approfondit notre connaissance des seuils de perception et facilite la sélection de verts de jardin appropriés susceptibles de prospérer dans l'espace pour les futurs vols spatiaux de longue durée, y compris les missions d'exploration au-delà de l'orbite terrestre basse.
Pour la Terre, Wolverton note que la perception de la gravité dans les racines "influence l'efficacité d'une plante, sa réactivité aux conditions de sécheresse, aux inondations, à l'engrais."
Il ajoute, "Si nous comprenions mieux comment [la gravité] est perçue... cela ouvre toute une source de sélection de traits et de variation génétique sur laquelle nous pouvons nous tourner." Cela permettrait aux agriculteurs de sélectionner une croissance racinaire appropriée pour différents niveaux de fertilisation, composition du sol et les extrêmes environnementaux.
