De invloed van hypergravitatie op de ontwikkeling van stuifmeelbuizen.

Bas Bijlsma en Jesse Lennards.

Begeleidend docent: Dhr. Jan van der Lee
Pallas Athene College. Openbare scholengemeenschap voor VWO, HAVO, MAVO en VBO. Postbus 4008, 6710 EA Ede.

INLEIDING

In de wetenschapsbijlage van de Volkskrant (d.d. december 1995) werd melding gemaakt van een onderzoek naar het effect van micrograviteit op plantencellen en wel in het bijzonder op algen. Wat zou er gebeuren bij tegenovergestelde omstandigheden, dus met een grote zwaartekracht oftewel hypergraviteit. Hoe zou een plantencel hierop reageren?

Om dit te onderzoeken, hebben we in plaats van algen, pollen (stuifmeelkorrels) bestudeerd en wel in het bijzonder hun stuifmeelbuizen Als na de bestuiving een stuifmeelkorrel op de stempel ligt, neemt hij door osmose water op. Hierdoor zwelt hij op en stulpt het cytoplasma door een dunne plek in de wand naar buiten: de stuifmeelbuis Door verdere wateropname wordt de stuifmeelbuis langer (celstrekking). De uitbreiding van het celmembraan wordt tot stand gebracht door het zogenaamde Golgi-apparaat in de buis. De stuifmeelbuis groeit het poortje van het zaadbeginsel binnen, dringt daarna de embryozak binnen, waarna de bevruchting plaatsvindt (Oskamp 1989).

Als een factor invloed heeft op de cel zelf is dat te zien aan veranderingen van de stuifmeelbuis. De lengte zou kunnen veranderen en als de cel gestressd is, gaat de buis kronkelen. Deze veranderingen kunnen direct (fysisch) of indirect (via veranderde stofwisselingsprocessen of veranderde hormoonspiegel) veroorzaakt worden. Anderen zeggen dat planten veranderingen in zwaartekracht kunnen 'aanvoelen' (door middel van gravitatiereceptoren).

Er is niet eerder zo'n soort onderzoek (met pollen) gedaan naar het effect van hypergravitatie op plantencellen. Er is wel ander onderzoek gedaan op het gebied van hypergravitatie: onder andere naar de mineralisatie van bonen bij hypergraviteit (toegenomen mineralisatie en resorptie). Bij micrograviteit was er een tegenovergesteld effect (Veldhuijzen en van Loon 1995). Er is ook onderzoek gedaan naar planten onder microgravitatie omstandigheden. De effecten van micrograviteit op cellulair niveau variëren maar de meeste organellen lijken te worden beïnvloed. Bij micrograviteit neigen planten minder snel te groeien maar dit verschil is niet significant groot (behalve bij oudere exemplaren). Er wordt hierbij geen onderscheid gemaakt tussen celstrekking en celdeling, maar het blijkt dat cellen bij micrograviteit meer vacuolevocht hebben (L. Briarty e.a. 1995). Ook is gevonden dat de synthese van celwandmateriaal bij micrograviteit vermindert (0. Rasmussen e.a. 1995). Bij micrograviteit is er groei waarbij minder nieuwe cellen ontstaan met meer vocht.

Maar wat is het nut van onderzoek naar plantencellen onder hypergravitatie omstandigheden?

Allereerst: door processen hij hypergraviteit te onderzoeken zou je processen bij micrograviteit beter kunnen begrijpen omdat er dan een beter totaaloverzicht ontstaat. Je zou een lijn kunnen doortrekken van hypergraviteit naar micrograviteit. Dit kan van belang zijn bij het verbouwen van planten voor voedingsdoeleinden onder microgravitatie omstandigheden oftewel bij gewichtloosheid (dit gebeurt al in ruimtelaboratoria).

Vervolgens: willen we ooit nog eens (hele) verre bemande ruimtereizen ondernemen en we willen deze afstanden met lichtsnelheid afleggen, dan duurt het maanden om naar die snelheid te versnellen. Tijdens het versnellen heb je omstandigheden van hypergraviteit Omdat je niet zoveel voedsel kunt meenemen (te veel gewicht) zal je dat ter plekke moeten verbouwen (dr. Hoekstra). Het onderzoek naar het effect van hypergraviteit op plantencellen is dan zeer van belang.

Tenslotte: hebben wetenschappers al een heleboel onderzocht en in regels en wetten ondergebracht; er is echter nog een heleboel te onderzoeken. Een van die ononderzochte gevallen is dus dit hypergravitatie onderzoek. Het is ook een uitdaging om iets te doen wat nog nooit gedaan is; de uitslag kan dus nog wetenschappelijk interessant zijn en zelfs aanleiding zijn voor vervolgonderzoek.

Wat is zwaartekracht eigenlijk? De eerste wetenschapper die zich met die vraag bezighield (en met zinnige antwoorden kwam) was de Italiaanse geleerde Galileo Galilei. Hij maakte in 1590 een begin met zijn wetenschappelijke studie over bewegende voorwerpen. Door voorwerpen van verschillend gewicht van een toren te gooien, toonde hij bijvoorbeeld dat voorwerpen met verschillende massa met dezelfde snelheid vallen. In 1638 schreef hij zijn hoofdwerk, Discorsi, waarin de grondslagen van de mechanica worden uiteengezet. Een paar jaar daarna werd in Engeland Isaac Newton geboren. Ook hij was geïnteresseerd in wat de 'nieuwe filosofie' werd genoemd; het onderzoek naar de zwaartekracht (hij had het werk van o.a. Galilei gelezen). Later (1687) vatte hij dit werk samen in zijn Philosophiae naturalis principia mathematica (meestal kortweg Principia genoemd). Hierin staan ook de 'wetten' van Newton.

Een van Newtons wetten is F7= m x g (F is zwaartekracht, m is massa en g is de valversnelling). Op de aarde is deze valversnelling 9,81 ms2 terwijl hij op de maan maar 1,62 ms2 is. Op de maan ben je dus zo'n 6x lichter dan op aarde. Ook een ronddraaiend voorwerp kent een soort versnelling, al is deze naar buiten gericht. Als je bijvoorbeeld een emmer water rondslingert, houdt deze kracht het water in de emmer. Het water wordt door een soort zwaartekracht in de emmer gedrukt

Dit laatste kunnen we gebruiken, immers hoe wil je omstandigheden creëren met een verhoogde zwaartekracht, door gebruik te maken van een centrifuge dus. Maar hoe kom je aan een centrifuge? Het antwoord hierop werd gegeven door de heer J. van der Lee, biofysicus die op dat moment stage liep bij ons op school. We vonden hem bereid eens te gaan rondwagen op de universiteiten. Hij noemde een aantal namen van personen die bereid bleken hun medewerking te verlenen en ook verstrekte hij gegevens over een hypergravitatie onderzoek en over een bruikbare centrifuge. Na die doorgenomen te hebben, zijn we eerst naar de Landbouw Universiteit Wageningen gegaan om daar met dr. Hoekstra de praktische problemen van ons onderzoek te bespreken. Hij raadde ons aan om stuifmeelkorrels te gebruiken in plaats van algen (deze zijn in praktijk beter te meten). Verder vertelde hij iets over de toekomstige relevantie van ons onderzoek bij ruimtereizen. We kregen verder nog wat materiaal mee (onder andere weefselkweekplaten en de stuifmeelkorrels). Hierna belde ik één van de ontwerpers van de centrifuge, de heer Van Loon, op en legde hem uit wat ons plan was. Mede dankzij zijn bemiddeling mochten we op de Vrije Universiteit Amsterdam onder toezicht van prof Veldhuijzen van de centrifuge gebruik maken. Onder toezicht: want de centrifuge stond in een laboratorium voor radioactief onderzoek en daar mag je niet zomaar in rondlopen (we moesten laboratoriumjassen en overschoenen aan en na afloop werden we gecontroleerd op radioactiviteit).

Probleemstelling: Wat gebeurt er met een plantencel, en dan met name met de ontwikkeling van de stuifmeelbuis, onder omstandigheden met een verhoogde zwaartekracht?

Hypothese: Wij verwachten dat de stuifmeelbuis onder hypergravitatie omstandigheden (g-waarden groter dan 1) korter zal zijn dan bij 1g (standaard omstandigheden) en dat de buis zat gaan kronkelen vanwege stress l)e buis wordt korter omdat hij bij hogere g-waarden meer arbeid moet verrichten doordat hij sterker tegengewerkt wordt. Dit zou een direct effect kunnen zijn van de zwaartekracht, ook zou de stofwisseling van slag kunnen raken waardoor de groei van de stuifmeelbuis vertraagt of stopt.

MATERIAAL EN METHODEN

Om dit onderzoek uit te voeren moesten we eerst een paar problemen oplossen;

Het eerste probleem was het 'activeren' van de stuifmeelbuis. In een normale situatie komt de stuifmeelkorrel op de stempel van een plant terecht en dan begint de stuifmeelbuis te groeien. De prikkel tot aanzet van groeien van de buis wordt gegeven door stoffen die op de stempel aanwezig zijn. Ook de bouw- en brandstoffen die nodig zijn voor synthese van de buis komen voor het grootste gedeelte van de stamper. Zonder al deze stoffen ontkiemt en groeit de stuifmeelbuis niet. Om deze situatie na te bootsen, hebben we een speciale voedingsoplossing gebruikt, die op de Landbouw Universiteit Wageningen is gemaakt. We hebben extra veel gemaakt zodat we altijd nog konden bijgieten. Deze stokoplossing is samengesteld uit:

Calciumnitraat 300 p.p.m. (300 mg/l)
Magnesiumsulfaat 200 p.p.m.
Kaliumnitraat 100 p.p.m.
Boorzuur l00 p.p.m.
Citroenzuur (als buffer)
Suiker (sacharose) 0,2M (voor ons 136 mg in 200 ml)

De pH is uiteindelijk vastgesteld op 5,86. We hebben in totaal 200 ml stokoplossing gemaakt. Daarvan hebben we een gedeelte gebruikt om de agar mee te maken. We hebben een agarpercentage van 0,75% genomen of 0,75 g/100 ml. De agar hebben we gegoten in speciale weefselkweekplaten van 8,5 bij 12,5 cm. In deze platen zitten 6 petrischaaltjes met 1 groot deksel De stuifmeelkorrels hebben we ook gekregen van de universiteit. Deze pollen waren echter van 1994 en hadden al die tijd in de diepvriezer gelegen. Om de pollen weer wakker (actief) te maken, moeten ze vlak voor gebruik in vochtige lucht worden gebracht. Dit doe je door 2 petrischalen te nemen, Eén grote en Eén kleine. Je strooit wat pollen in de kleine petrischaal en legt vochtig papier op de bodem van de grote. Dan zet je de schalen in elkaar en vervolgens leg je het deksel op de grote. Nu moet je alleen zorgen dat de pollen niet in contact komen met water.

Het tweede probleem is het creëren van omstandigheden met verhoogde zwaartekracht. Zoals in de inleiding genoemd, hebben we gebruik gemaakt van een centrifuge, de MidiCAR (Medium sized Centrifuge for Acceleration Research) van de Vrije Universiteit in Amsterdam. Dit apparaat staat in een laboratorium voor radio-actief onderzoek en is in totaal ongeveer zo groot als een wasmachine. Er is ruimte voor twee groepen van drie bakken, bevestigd aan in lengte verstelbare armen. De bakken werken volgens het swing-outsysteem dus de zwaartekracht staat loodrecht op de bodem van de bakken. De temperatuur kan ingesteld worden van + 1 00C tot + 400C met een afwijking van +0,50C. Er is ook plaats voor een statisch (controle) experiment Rij ons experiment was de temperatuur op 220C ingesteld en een maximale armlengte van 210 mm. Er is in alle bakken wat water onderin gegoten, zodat het vochtig genoeg was in de bakken.

Onze bedoeling was twee verschillende experimenten gelijktijdig uit te voeren namelijk bij 100g en 80g maar het bleek dat de machine bij deze waarden niet evenwichtig was beladen, begon te schudden en daarom automatisch afsloeg. Daarom hebben we het bij twee experimenten van 100g gehouden. Op volle snelheid draaide de rotor met 599 rpm (revolutions per minute of omwentelingen per minuut). Hiermee wordt een versnelling gecreëerd van 100×g. Tegelijkertijd hebben we een controle experiment uitgevoerd van 1 g in het apparaat zelf (dezelfde trillingen, temperatuur enz.). De rotor draaide 3 uur. Hierna konden de stuifmeelbuizen worden gemeten.

Uiteindelijk komen we bij het derde probleem: hoe meet je de stuifmeelbuizen zo snel mogelijk? Als je de buizen te lang op 'standaard' omstandigheden houdt, wordt de meting onbetrouwbaar. Om dat te voorkomen, namen we foto's met behulp van een op een binoculair geschroefd fototoestel. Het rolletje moest ook speciaal geschikt zijn voor kunstlicht, daarom namen we een zwart/wit rolletje, T-max 100. Het binoculair stond ingesteld op 4x10. Thuis hebben we de lengte van de stuifmeelbuizen op de foto's rustig gemeten. In totaal zijn 25 foto1s genomen waarvan 6 van de controle (1g) groep en 16 van de 100g groepen. Verder hebben we nog en aantal onmeetbaar volle foto's genomen om te laten zien dat er verschillende soorten foto's zijn. Thuis heb ik de 10 best meetbare foto's (5 van 1 g en 5 van 100g) genomen en gemeten. Hierbij is gebruik gemaakt van een passer en liniaal Gestreefd is naar ongeveer 30 willekeurige metingen per foto.

RESULTATEN

 

Foto van stuifmeelbuizen na bloodstelling aan 100×g.


Tabel 1. De lengtemetingen van de stuifmeelbuizen per foto.

 

Foto nr.

Aantal metingen

Gem. Lengte (mm)

Standaarddeviatie

1g metingen

1

31

9.34

3.20
 

2

30

8.78

3.94
 

3

31

9.00

4.29
 

4

36

9.21

4.20
 

5

33

9.20

2.97

100g metingen

6

34

9.44

3.22
 

14

42

9.56

4.40
 

15

32

11.61

3.43
 

19

34

10.24

3.62
 

21

33

10.56

2.62

 

Tabel 2. De gemiddeldes van de lengtemetingen uit tabel 1, verdeeld in een groep van 1g metingen en een groep van 100g metingen.
 

Totaal aantal metingen

Gemiddelde aantal metingen

Gem. Van gem. Lengtes (mm)

SD van gemiddelde (mm)

Gemiddelde van SD (mm)

SD van SD (mm)

1g metingen

161

32

9.1

0.19

3.7

0.54

100g metingen

175

35

10.3

0.78

3.5

0.58

In de eerste kolom staan het totaal aantal metingen onderverdeeld in een groep van 1g metingen en een groep van 100g metingen. In kolom 2 staan het gemiddeld aantal metingen per foto. Kolom 3 geeft de gemiddelde lengtes per groep weer en in kolom 4 hun standaarddeviaties uit tabel 1 en in de laatste kolom staan hun standaarddeviaties (de standaarddeviaties van de standaarddeviaties dus).

Gemiddelde buislengte per foto, uitgezet in kolommen.

De gemiddelde buislengte per foto, uitgezet in een grafiek.

Bespreking van de resultaten

De verwerking van de getallen uit tabel ~ hebben geleid tot de uiteindelijke resultaten die weergegeven zijn in tabel 2. De eerste twee kolommen van tabel 2 geven aan hoeveel metingen totaal en hoeveel metingen per foto er gedaan zijn. De getallen van de 1 g metingen zijn vrijwel gelijk aan de getallen van de 100g metingen dus kun je stellen dat er per foto ongeveer een gelijk aantal metingen zijn verricht. In kolom 5 van tabel 2 zijn de gemiddeldes van de SD (standaarddeviatie of afwijking van het gemiddelde) weergegeven en ook daar is er overeenkomst tussen de 1g metingen en de 100g metingen. Verder zijn in kolom 6 de standaarddeviaties van de standaarddeviaties weergegeven. Deze getallen geven de afwijking van het gemiddelde van de afwijkingen weer. Uit kolom 5 en 6 samen blijkt ook weer dat de metingen bij beide omstandigheden (1 g en 100g) hetzelfde gespreid zijn. Dat wil zeggen dat je de gemiddelde lengtes gewoon met elkaar kunt vergelijken omdat bij alle foto's net zoveel 'lange' als 'korte' buizen zijn gemeten en dat een verschil tussen die gemiddeldes niet kan zijn veroorzaakt omdat er onevenredig is gemeten.

Nu de belangrijkste getallen uit tabel 2, kolom 3; hierin staan de gemiddeldes van de gemiddelde lengtes. Kortom dit zijn de gemiddeldes van de gemiddelde lengtes uit tabel 1£ Het verschil tussen deze twee getallen (9,1 en 10,3) lijkt klein maar is wel van belang. Het is net gebleken dat we deze twee waarden gewoon met elkaar kunnen vergelijken en nu blijkt dat de stuifmeelbuizen onder 100g omstandigheden 13% langer zijn dan onder G omstandigheden. Deze 13% is wel degelijk een significant verschil. Verder is er in kolom 4 (tabel 2> nog iets aan de hand. In deze kolom staan de afwijkingen van de gemiddelde lengtes. Het getal bij is metingen is e~ klein, dat wil zeggen dat de gemiddelde lengtes erg dicht bij elkaar liggen, wat door een vrijwel rechte lijn (figuur 2) kan worden weergegeven. Het getal bij 100g is daarentegen veel groter (ruim 4 keer zo groot), de gemiddelde lengtes verschillen dus meer. In figuur 2 is het dus ook een veel grilligere lijn. Maar in figuur 1 zie je ook dat de laagst gemiddelde lengte van de 100g metingen nog steeds boven de hoogst gemiddelde lengte van de G metingen ligt (eerst kolom). Dit wil zeggen dat gemiddeld genomen de buizen van de 100g metingen langer zijn dan de buizen van de 1g metingen en wel 13%.

DISCUSSIE

Conclusies

Allereerst wordt de hoofdvraag (of probleemstelling) van dit werkstuk beantwoord. Wat gebeurt er met een plantencel, en dan met name met de ontwikkeling van een stuifmeelbuis, onder omstandigheden met verhoogde zwaartekracht? Het antwoord is dus dat de stuifmeelbuizen langer worden. Als de zwaartekracht 100x zo groot wordt dan worden de buizen 13% langer. Van kronkeling als gevolg van stress is niets waargenomen (zowel de 100g groep als de controlegroep was gekronkeld). Dit is precies het tegenovergestelde van onze hypothese, dus die is fout. Wij hadden namelijk verwacht dat de buizen bij 100g korter zouden worden vanwege de grotere tegenwerkende kracht.

Wat zou er dan gebeurd kunnen zijn? Ik heb in de inleiding al genoemd dat een externe factor op twee manieren invloed kan hebben op de cel: een indirect chemisch effect of een direct fysisch effect.

In het eerste geval zou een verhoogde zwaartekracht invloed moeten hebben op de stofwisselingsprocessen (of op de afgifte van hormonen of iets dergelijks) en zo de groeisnelheid van de buis vergroten. Als dit het geval zou zijn, ligt het optimum van de groeisnelheid van de stuifmeelbuis niet bij 1g (dus standaard omstandigheden), maar bij hogere g-waarden en dus is de zwaartekracht hier een beperkende factor. Dit is erg onwaarschijnlijk want planten hebben zich al miljoenen jaren ontwikkeld bij dezelfde zwaartekrachtsomstandigheden (namelijk 1g) dus 'kennen' het verschijnsel van veranderde zwaartekracht niet. Hoe kunnen onder laboratorium omstandigheden plantencellen zich dan toch aan omstandigheden met verhoogde zwaartekracht op een positieve manier aanpassen? Logischer is het dat ze er op een negatieve manier (kortere stuifmeelbuizen) op reageren zoals gesteld in onze hypothese, omdat de optimale werking van enzymen die de stofwisselingsprocessen beïnvloeden en de optimale afgifte van hormonen hoogstwaarschijnlijk liggen bijl g en niet bij hogere g-waarden. Maar nee, de buis wordt langer.

Uit micrograviteitonderzoek blijkt dat plantencellen wel reageren op een verlaagde zwaartekracht maar deze verandering was erg klein (niet significant groot). Maar bij micrograviteit bleken cellen wel meer vacuolevocht te bevatten en was de synthese van celwand- materiaal verminderd. Als we dit voor hypergraviteit zouden omdraaien, zouden we dus minder vacuolevocht en een vergrote synthese van celwandmateriaal moeten aantreffen. Met dat laatstgenoemde kunnen we iets. In de inleiding stond al beschreven hoe de stuifmeelbuis gevormd wordt: de buis wordt langer door wateropname en de uitbreiding van het celmembraan gebeurt door het Golgi-apparaat in de buis. Productie van celmembraanmateriaal is gerelateerd aan de synthese van celwandmateriaal, dus de productie van celmembraanmateriaal 7011 dan (in theorie) eveneens moeten toenemen. Hierdoor zou de stuifmeelbuis automatisch ook langer worden.

Maar er is echter een groot verschil tussen de plantencellen uit het micrograviteit-onderzoek en onze stuifmeelkorrels, namelijk de plantencellen uit het micrograviteitonderzoek zaten in een groter geheel, namelijk in een hele plant. De stuifmeelkorrels waren individuele cellen. Daartussen zitten (wat zwaartekracht betreft) twee verschillen. Het eerste verschil is het verschil in krachten die op elke cel wordt uitgeoefend. In een plant als geheel oefent elke cel ook nog kracht uit op elkaar (de cellen worden op elkaar gedrukt). Bij individuele cellen is de kracht op de wand alleen de zwaartekracht. Het tweede verschil is de manier waarop het verschil in zwaartekracht wordt opgemerkt. Een plant als geheel groeit altijd recht naar boven omdat in de wortels zetmeelkorrels zitten die recht naar beneden zakken (door de zwaartekracht). Hierop oriënteert de plant zich. Als de snelheid van die zetmeelkorrels verandert, betekent dat dat de zwaartekrachtsituatie is veranderd. Een individuele cel bezit zo'n principe niet; een cel heeft immers geen boven en onderkant. Maar er zijn wetenschappers die menen dat zo'n cel ook een mechanisme bezit waarmee de zwaartekracht kan worden gevoeld, zogenaamde gravitatiereceptoren. Dit is alleen (nog) niet wetenschappelijk bewezen. Het is niet erg verstandig iets te verklaren met behulp van iets wat niet bewezen is. Dus zolang dat niet is gebeurd, kun je stellen dat die enkele cel niet 'weet dat de zwaartekrachtsituatie is veranderd. Maar toch hebben wij een verandering van lengtegroei opgemerkt. Zou je dit resultaat dan kunnen opvatten als een bewijs voor het bestaan van die gravitatiereceptoren? Nee, zo luidt het antwoord, om de eenvoudige reden dat de verandering ook door iets anders veroorzaakt kan zijn.

Zoals ik in het begin al zei zijn er twee manieren waarop de zwaartekracht invloed kan hebben op een cel, een indirect, chemisch effect of een direct, fysisch effect. Als we dus nu stellen dat een cel niet reageert op de verhoogde zwaartekracht door een verhoogde membraanproductie, is een direct fysisch effect er de oorzaak van dat de buis groter wordt. Het zou kunnen zijn dat het bestaande membraan is uitgerekt. Vergelijk het maar met een zacht opgeblazen ballon; als je aan één kant knijpt wordt hij aan de andere kant groter Je verkleint dan het volume van de halton, de lucht die er in zit verandert niet zo gemakkelijk van volume en oefent een druk uit op de binnenkant van de ballon waardoor die aan de kant van de minste weerstand (waar je niet in knijpt) uitgerekt wordt. De ballon verandert niet van grootte maar slechts van vorm. Iets dergelijks Zou ook kunnen gebeuren met de stuifmeelbuis. Door de zwaartekracht wordt hij platgedrukt en dus het volume verkleint. Het water in de buis verandert niet van volume en oefent druk uit op de binnenkant van het membraan. Het membraan rekt dan uit op de plaatsen waar de minste weerstand wordt uitgeoefend, namelijk de zijkanten en de bovenkant. De buis wordt dan langer en breder, maar in werkelijkheid ook platter. Het volume van de buis is dan dus niet veranderd maar de buis lijkt op de foto groter te zijn geworden. Op de foto's zou dan een verschil in breedte te zien moeten zijn (bij 100g zijn ze dan breder). Dit is niet te zien op de foto's.

Ik ben er steeds van uitgegaan dat de celmembraan elastische kenmerken heeft, misschien is dit niet zo en is de membraan erg stug. In dat geval verandert de buis niet van breedte maar misschien wel van lengte. Immers de druk van binnen kan dan niet weg aan de zijkanten, maar aan de voorkant wordt steeds nieuw membraan gevormd door het Golgi-apparaat Er zouden dan twee dingen kunnen gebeuren; ten eerste zou het jonge membraan wel rekbaar kunnen zijn, en ten tweede zou het Golgi-apparaat onder 'druk' kunnen worden gezet om meer membraan te produceren. In beide gevallen neemt dan de lengte van de buis toe. De buis hoeft ook niet per se platter te worden. Om groter te worden neemt de cel door osmose water op. Doof de grote druk van buiten is de cel misschien verplicht een sterkere tegendruk te leveren om niet te worden verpletterd. Die tegendruk zou gevormd kunnen worden door meer water op te nemen, maar dan neemt ook weer de druk op de membraan toe, waardoor de buis van voren wordt uitgebreid en dus langer wordt. In dit geval verandert de buis niet alleen van vorm maar ook echt van grootte (volume).

Er zijn natuurlijk nog meer mogelijke oorzaken. Je kunt bijvoorbeeld onderzoek doen naar de energie die nodig is om de buis te laten groeien. Bij zo'n hoge zwaartekracht worden de waterdeeltjes buiten de buis dichter op elkaar gedrukt zodat de 'weerstand' van het water groter wordt. De buis heeft meer moeite het water aan de kant te schuiven. Dit zou een prikkel kunnen zijn om extra hard te gaan werken waardoor de buis uiteindelijk langer wordt dan normaal.

Dit zijn uiteraard allemaal speculaties; ik weet niet of de werkelijke verklaring hiertussen zit of dat ik er helemaal naast zit, maar het is in ieder geval duidelijk dat er om dit verschijnsel te verklaren een nader diepgaand onderzoek nodig is dat breder is opgezet dan dat van ons.

Foutenanalyse

Het kan natuurlijk ook dat deze opmerkelijke resultaten (namelijk het 13% langer worden van de stuifmeelbuizen bij 100g in plaats van korter te worden) te verklaren zijn doordat er foutjes zijn gemaakt tijdens het praktisch uitvoeren van het onderzoek De cijfers (de resultaten> maken het in ieder geval aannemelijk om toeval uit te sluiten. Laten we het onderzoek eens kritisch bekijken.

De eerste fout is dat er mogelijk te veel tijd verstreek (+/- 1 kwartier) tussen het activeren van de stuifmeelbuis en het daadwerkelijk starten van de 100g kracht. Eerst moesten de weefselkweek-platen immers in de bakken gezet worden. Daarna moesten de bakken weer in de centrifuge. Toen de centrifuge eindelijk aanstond, sloeg hij weer af omdat hij niet gelijkmatig verdeeld was en begon te schudden dit was het gelijktijdige experiment van 100g en 80g). Hierna is de bak van 80g maar op de arm van 100g gezet en zijn dus twee experimenten bij loog uitgevoerd. Dit heeft allemaal tijd gekost (zeker een kwartier), maar uiteindelijk heeft de centrifuge wel 3 uur aangestaan bij 100g gedurende dat kwartier zijn de stuifmeelbuizen waarschijnlijk al begonnen aan hun ontwikkeling, wat niet de bedoeling was. Ook de buizen in de 100g bak begonnen met hun groei onder standaard 1g omstandigheden in plaats van 100g omstandigheden De verhoogde zwaartekracht kan misschien de eerste aanzet tot groei hebben beïnvloed. Echter de rest van het groeiproces was niet verstoord. Het is dus aannemelijk dat de verhoogde zwaartekracht geen invloed heeft gehad op de chemische aanzet van het groeiproces Bovendien zijn alle stuifmeelkorrels gelijktijdig geactiveerd, dus in dat verloren kwartier zijn de 1g en de 100g groep even hard gegroeid.

De tweede fout heeft weer te maken met tijd. In totaal zijn er +/- 20 minuten verstreken tussen het maken van de eerste foto en de laatste foto. Eigenlijk zouden de foto's allemaal tegelijkertijd genomen moeten worden, maar dit is praktisch onuitvoerbaar. De foto's zijn dus niet precies hetzelfde tijdstip genomen maar op volgorde van nummering. De eerste 5 foto's zijn allemaal van de controlegroep, pas daarna komen de foto's van de 100g groep. Tijdens het meten van de eerste 5 foto's hebben de buizen van de 100g groep ongestoord verder kunnen groeien. Echter, deze eerste foto's zijn snel genomen. De kolommen en punten uit figuur 1 en 2 zijn op chronologische volgorde geplaatst oftewel op nummer van foto.

De derde fout heeft vlak na het stoppen van de centrifuge kunnen optreden Fr heeft tijdens het draaien van de centrifuge constant een kracht op de stuifmeelbuizen gestaan en als de centrifuge stopt, valt die kracht opeens weg. Een gevolg zou kunnen zijn dat de buizen daardoor pas op dat betreffende moment ineens een extra groeistoot krijgen in plaats eerder in de centrifuge zoals wij hadden aangenomen. Dit hebben wij helaas niet kunnen vaststellen, maar indien dit het geval is geweest, zijn de metingen niet gespreid over 3 uur maar over het laatste moment.

De vierde fout heeft te maken met het meten, immers het meten is gebeurd met een onnauwkeurigheid van 0,5 mm; de getallen (gemiddeldes) in de tabellen zijn een stuk nauwkeuriger. Dit heeft te maken met het feit dat er (heel) veel metingen per foto zijn genomen, hoe meer metingen je immers neemt, hoe nauwkeuriger het gemiddelde wordt. Echter het verschil tussen de 1 g metingen en de 100g metingen is significant groot, zodanig zelfs dat die onnauwkeurigheid van 0,5 mm geen rol meer speelt

Suggesties voor vervolgonderzoek

De meest logische suggestie voor een vervolgonderzoek is het allereerst herhalen van dit onderzoek zonder de bovenstaande fouten te maken en daarna het onderzoek uitbreiden met andere g-waarden. Je zou alle resultaten in een grafiek kunnen uitzetten en een mogelijk verband tussen de zwaartekracht en groeitoename kunnen ontdekken

Een andere suggestie is een uitbreiding van dit onderzoek met micrograviteit. Als er een verband bestaat tussen een verhoogde zwaartekracht en groeitoename, zou je dit verband kunnen uitbreiden met micrograviteit.

Verder is natuurlijk ook van belang om te onderzoeken wat daadwerkelijk de oorzaak is van de toegenomen lengtegroei van de stuifmeelbuizen. Uit zo'n onderzoek zou kunnen blijken of een van mijn theorieën goed is of dat ik er volledig naast zit.

Opmerkingen

Om dit onderzoek te kunnen doen, hebben een aantal personen hun medewerking verleend, die ik via deze weg wil bedanken. De heer J. van der Lee (biofysicus, stagiaire) heeft het onderzoek op gang gebracht, dr. Hoekstra (Landbouw Universiteit Wageningen) heeft adviezen gegeven en de materialen verstrekt die we mochten gebruiken, dr. J. van Loon heeft uitleg betreffende de centrifuge gegeven en ons geïntroduceerd bij prof J. Veldhuijzen (Vrije Universiteit Amsterdam) die vervolgens eveneens zijn medewerking heeft verleend en heeft geholpen bij het praktische deel van het onderzoek.

Tenslotte wil ik ook de heer Beekman (Pallas Athene College Ede) bedanken voor zijn begeleiding naar Amsterdam.

Literatuur

-- LG Briarty, BP Maher en TH Iversen (1995) Growth, Differentiation and Development of Arabidopsis Thaliana under Microgravity Conditions, esa sp- 1162, HiorackonSpaeelabIMI~1,pag 141-154
-- P. Lafferty, Krachten en wetten van de natuur (1991)
-- Jack J.W.A. van Loon en J P Veldhuijzen (Acta), L.C. van den Bergh, R Schelling, R. Huijser (Dutch Space (former Fokker Space) Systems) Development of a Centrifuge for Acceleration Research in Cell and Developmental Biology
-- A.A.G. Oskamp, A.W.H. van Bekken, J.F. Groeman en dr. H.H. Kreutzer (1989) Kreutzer Biologie voor de bovenbouw vwo 4v, Wolters Noordhoff Groningen.
-- O. Rasmussen, C. Baggerad en T.H. Iversen (1995) Effect of Microgravity Environment on Cell Wall Regeneration, Cell Division, Growth and Differentiation of Plants from Protoplasts, esa sp-162, Biorack on Spacelab IML-1, pag. 163-172
-- J.P. Veldhuijzen en J.J.W.A. van Loon (1995) The Effect of Microgravity and Mechanical Stimulation on the in vitro mineralization and Resorption in Fetal Mouse Long Bones, esa sp-1 162, Biorack on Spacelab IML- 1, pag. 129-137
-- J.P. Veldhuijzen en J.J.W.A. van Loon (1995) Increased Mineralization and Calcium Release in Fetal Mouse Long Bones Cultured under Hypergravity Conditions.
-- De Grote Winkler Prins encyclopedie (1973)

BIJLAGE

Hieronder volgt een lijst met foto nummers waarbij het experiment, het fotonummer, de g-waarde en de plaats in de weefselkweekplaat zijn genoemd. Er zijn drie experimenten uitgevoerd waarvan er twee zijn uitgevoerd bij 100g (a en b) en één bij standaard omstandigheden oftewel 1g (c). Er zijn in totaal 25 foto's genomen want we hebben een rolletje van 24 opnamen helemaal gebruikt. Per weefselkweekplaat (en dus per experiment) zijn drie van de zes bakjes gebruikt, bakje 1 is linksonder, 2 is rechtsonder en 3 is rechtsmidden.

Experiment Foto nr. g-waarden plaat

c 1g 1
c 2 1g 2
c 3 1g 2
c 4 G 3
c 5 3
a 6 100g 3
a 7 100g 3
a S 100g 2
a 9 100g 1
a 10 100g 2
b 11 100g 1
b 12 100g t
b 13 100g 1
b 14 100g 2
b 15 100g 2
b 16 100g 3
b 17 100g 3
b 18 100g 3
b 19 100g 3
b 20 100g 9
b 21 100g 2
b 22 100g 1
c 23 1g 3
c 24 1g 3
c 25 1g 1

De foto's op de volgende pagina's zijn degene die ik heb gemeten.
Foto nr. Plaats g-waarde
1 cl 1g
2 c2 G
3 c2 G
4 c3 1g
5 c3 1g

A dit is een foto van de pollen voordat de buis uitkomt.
6 100g
14 b2 100g
15 b2 100g
19 b3 100g
21 b2 100g

B dit is een foto om aan te geven dat er ook volle gebieden tussen zitten.
Go to the INDEX page