Quelle: ESA/Enabling&Support/PreparingForTheFuture/DiscoveryAndPreparation, 11. Februar 2026

Bioregenerative Lebenserhaltungssysteme (BLSS) sind auf lebende Organismen angewiesen, um menschliche Besatzungen während längerer Missionen zu versorgen. Höhere Pflanzen und Mikroalgen wurden bereits umfassend untersucht, weisen jedoch jeweils Einschränkungen auf. Höhere Pflanzen erfordern große und komplexe Kultivierungssysteme, während Mikroalgen mit Herausforderungen wie Biofilmbildung, Kontamination und ungleichmäßiger Lichtverteilung in Photobioreaktoren konfrontiert sind.

Wassermoose stellen eine interessante Alternative dar. Diese nicht-vaskulären Pflanzen haben einfache Strukturen, erfordern nur minimale Pflege und sind bereits als wirksame Biofilter bekannt. Ihr Potenzial für Weltraumanwendungen wurde jedoch noch nie systematisch untersucht.

Ein neuer Ansatz
Im Rahmen des Projekts „Moose an Mars“ wurden drei aquatische Moosarten, Taxiphyllum barbieri, Leptodictyum riparium und Vesicularia montagnei, unter kontrollierten Umweltbedingungen untersucht, die denen in Weltraumhabitaten nachempfunden sind.

„Dieses Projekt umfasste zwei wichtige neue Elemente“, erklärt die leitende Forscherin Dr. Chiara Amitrano, Wissenschaftlerin an der Universität Neapel Federico II. „Das erste ist die Untersuchung der Möglichkeit, Wassermoose als Biofilter und Bioregeneratoren in die Weltraumforschung zu integrieren. Und das zweite ist die Untersuchung des physiologischen Apparats, des Photosystems II dieser Moose. Alle veröffentlichten Arbeiten über Wassermoose befassen sich mit Biofiltration und Phytosanierung.“

Das Team verglich alle drei Arten unter zwei Umweltbedingungen und bewertete dabei die Photosyntheseleistung, die Pigmentkonzentrationen, die antioxidative Aktivität und die Biofiltrationseffizienz sowohl für Schwermetalle als auch für Stickstoffverbindungen.

Sowohl T. barbieri als auch L. riparium zeigten eine effektive Biofiltration und entfernten erfolgreich Kupfer, Blei und Zink aus kontaminiertem Wasser. T. barbieri erwies sich jedoch als klarer Spitzenreiter und wies die höchsten Raten an Nettophotosynthese und Pigmentakkumulation auf.

Strahlungsresistenz
Auf Grundlage dieser Ergebnisse wählte das Team T. barbieri für weitere Tests aus, um dessen Reaktionen auf ionisierende Strahlung zu untersuchen, eine zentrale Herausforderung für alle im Weltraum lebenden Organismen.

„Die Untersuchung der Auswirkungen ionisierender Strahlung auf Wassermoose war für uns und auch in der Literatur eine Premiere“, bemerkt Amitrano. Die Forscher setzten Moosproben drei verschiedenen Röntgendosen aus – 1, 10 und 30 Gray (Gy) – und beobachteten dann 63 Tage lang ihre Erholung mit Hilfe einer speziellen Anlage mit kontinuierlichen Kohlendioxid- und Sauerstoffsensoren.

Die Ergebnisse waren überraschend. Anstatt Schäden zu zeigen, übertrafen Moose, die einer Strahlung von 1 Gy ausgesetzt waren, die nicht bestrahlten Kontrollgruppen und wiesen eine höhere Nettophotosynthese, größere Elektronentransportraten und erhöhte Chlorophyllkonzentrationen auf. Dieses als Strahlenhormese bekannte Phänomen deutet darauf hin, dass niedrig dosierte Strahlung positive physiologische Reaktionen stimulieren kann.

Selbst bei höheren Dosen zeigten die Moose Widerstandsfähigkeit. Die Strahlung veränderte die Morphologie der Moose, wodurch dichtere Verzweigungen entstanden und gleichzeitig die Zweiglänge reduziert wurde – Veränderungen, die möglicherweise die Oberfläche für den Gasaustausch und die Filtration vergrößern könnten.

Zukünftige Anwendungen
„Wir sind fest davon überzeugt, dass wir diese Wassermoose in die Weltraumumgebung integrieren können“, sagt Amitrano. „Sie sind strahlungsresistente Biofilter. Sie können das Recycling von Ressourcen unterstützen und benötigen nur wenig Aufwand, um zu wachsen. Außerdem verfügen sie über einen guten Photosyntheseapparat, produzieren Sauerstoff und entfernen Kohlendioxid.“

„Die Universität Neapel hat im Rahmen ihrer Discovery Aktivitäten gezeigt, dass Moose dazu beitragen könnten, Astronauten auf dem Mars am Leben zu erhalten, indem sie ihr Wasser filtern, ihre Luft auffrischen und dabei Strahlung abwehren“, sagt Moritz Fontaine, Discovery & Preparation Officer und ESA-Projektleiter. „Diese Erkenntnisse sind ein wichtiges Puzzleteil für die zukünftige bemannte Raumfahrt.“

Die Unterstützung der ESA durch das Discovery-Programm erwies sich als unverzichtbar. „Die Finanzierung war für uns von grundlegender Bedeutung, um das Experiment durchzuführen, zunächst mit den drei Arten und dann mit der ionisierenden Strahlung dieser Moose“, erklärt Amitrano.

Die Idee entstand im Rahmen der Open Space Innovation Platform (OSIP) der ESA, die vielversprechende neue Konzepte für die Weltraumforschung sucht, und wurde durch das Discovery Element der ESA finanziert.

Das Projekt hat bereits eine begutachtete Veröffentlichung in Frontiers in Plant Science hervorgebracht, ein zweiter Artikel über die Strahlungsexperimente ist in Vorbereitung. Für die Zukunft sieht das Team Anwendungsmöglichkeiten, die von Biofiltern in Wasserrecyclingsystemen bis hin zu Biomaterialien und potenziellen Strahlenschutzvorrichtungen reichen.

Obwohl noch viel Arbeit vor uns liegt, zeigt dieses Projekt das Potenzial von Wassermoosen als vielseitige, pflegeleichte Organismen, die in ressourcenarmen Umgebungen – sowohl im Weltraum als auch bei der Wasseraufbereitung auf der Erde – mehrere ökologische Funktionen erfüllen können.

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• Lebenserhaltungssysteme

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Quelle: ESA.

2. November 2021 – Nach neuesten Schätzungen gelangen jährlich 10 Millionen Tonnen Plastik ins Meer – das entspricht einer Lastwagenladung Plastik pro Minute. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wissen aber nur, was mit rund einem Prozent davon passiert. Die Satellitenüberwachung könnte in Zukunft dazu beitragen, das Ausmaß des Plastikmülls zu erfassen und zu beobachten, wo sich das Plastik verteilt – vorausgesetzt, dass dies auch in der Praxis funktioniert.

„Unser Ziel ist es, einige grundlegende Fragen zu beantworten“, sagte der ESA-Antennentechniker und Leiter des Projekts Peter de Maagt.

„Können wir überhaupt schwimmende Kunststoffe mit weltraumgestützter Überwachung erkennen? Und wenn ja, ist die Frage, welche Techniken am erfolgversprechendsten sind, wie häufig sie eingesetzt werden sollten und wie empfindlich sie sein sollten? Bisher orientierten sich die Forscher an ihrem Bauchgefühl bei der Frage, was am besten funktionieren könnte. Wir arbeiten nun aber aktiv daran, das Rätselraten zu beenden.“

Die Testphase fand im Forschungsinstitut Deltares in dessen riesiger Atlantikbecken-Anlage in der Nähe von Delft in den Niederlanden statt.

Anton de Fockert, Hydraulikingenieur von Deltares, erklärt: „Diese einzigartige 650 Quadratmeter große Anlage ist mit Wellengeneratoren ausgestattet, um realistische Tiefwasserwellen zu erzeugen, wie man sie auch im Ozean vorfindet.“

Peter de Maagt merkt an: „Wir haben beschlossen, diese Technik verschiedenen europäischen Organisationen und Forschungsinstitutionen zur Verfügung zu stellen, die an unterschiedlichen Satellitenmethoden zur Erkennung von Plastikmüll im Meer forschen. Die Teams wurden über die Open Space Innovation Platform der ESA rekrutiert, über die Ideen für neue Weltraumforschungsaktivitäten gesammelt werden.“

Anton de Fockert ergänzt: „Das im Becken verwendete Plastik umfasste Material, das zuvor im Rahmen von Säuberungskampagnen der Stichting de Noordzee und Schone Rivieren aus dem Meer geborgen wurde, sowie Neumaterial.“ Um ein Höchstmaß an Realitätsnähe zu erreichen, wurde das Plastik in Form von im Meer vorkommenden Gegenständen wie Taschen, Flaschen, Netzen und Seilen, Besteck und Styroporkugeln im Becken platziert. Um die tatsächliche Verteilung auf See besser nachzubilden, wurden weitere Nicht-Plastikartikel hinzugefügt, darunter Zigarettenstummel.

„Diese erste Testphase dauerte zwei Wochen, zuzüglich einer ersten Woche für die Einrichtung“, fügt Peter de Maagt hinzu. „Wir starteten zunächst mit viel schwimmendem Plastik und ohne Wellen und verringerten dann die Gesamtplastikmenge, indem wir mit sanften Wellen begannen und diese dann nach und nach vergrößerten.“

Die teilnehmenden Teams und ihre speziellen Instrumente, die die Beobachtungen aus dem Weltraum simulieren sollten, überwachten die Anlage von oben.

Teams des Instituts für Telekommunikation in Portugal und der Universität von Stirling in Schottland setzten Radar-Fernerkundung ein. Die Technische Universität Katalonien nutzte die „GNSS-Reflektometrie“, die sich auf reflektierte Signale von Navigationssatelliten stützt. Und eine Gruppe der Universität Oldenburg in Deutschland setzte optische Messgeräte ein.

In der Zwischenzeit führte ein Team der University of Alberta in Kanada und der Technical University Delft in den Niederlanden grundlegende physikalische Analysen durch – einschließlich des Versuchs, die wellenabdämpfende Wirkung von Plastikmüll im Meer besser zu bestimmen, was in Zukunft zur Ermittlung von Plastikkonzentrationen genutzt werden könnte.

„Wir sind dabei, unsere Daten zu verarbeiten“, erklärt de Maagt. „Die ersten Ergebnisse sehen vielversprechend aus, d. h. die Teams haben unter bestimmten Umständen brauchbare Signale erhalten, aber es müssen noch viele weitere Analysen durchgeführt werden. Wir wollen die Zeit zwischen dieser Testphase und der Folgeuntersuchung, die Anfang nächsten Jahres stattfinden soll, nutzen, um Wissenslücken zu ermitteln, auf die wir uns weiter konzentrieren müssen.

Dieses Projekt ist Teil einer größeren OSIP-Mission gegen Plastikmüll im Meer, unterstützt durch das Discovery and Preparation-Programm der ESA, zur Überwachung der Grundlagenforschung, die die Basis für künftige ESA-Missionen bildet.

Sehen Sie sich unseren Dokumentarfilm “Planet Aqua“ über Weltraumtechnologien für die Wasserwirtschaft wie der Erkennung von Plastikmüll im Meer in voller Länge an. Dieser wird kommentiert von ESA-Astronaut André Kuipers.

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