Lange Weltraummissionen sind bislang noch nicht möglich: Sie würden der Gesundheit der Raumfahrer zu stark zusetzen. Eines der Gebrechen, unter dem Langzeit-Astronauten leiden, ist der Knochenschwund, der im All besonders schnell fortschreitet. Weshalb das Skelett im All porös und brüchig wird, könnte nun eine neue Studie von Forschern um Xiang Yang Liu von der National University of Singapore erklären.

Knochen verdanken ihre Härte dem Mineralstoff Kalziumphosphat, der in eine elastische Struktur aus Kollagen eingelagert ist. Spezialisierte Zellen steuern die Mineralisierung, so dass der Knochen ständig erneuert wird. Bei geringer Schwerkraft wird dieser Prozess jedoch dramatisch gebremst: "In acht Monaten im Weltall verliert ein Astronaut etwa so viel Knochenmasse wie ein Mensch zwischen seinem 50. und 60. Lebensjahr", erklärte Liu gegenüber der Online-Ausgabe des Fachmagazins "Nature".

Als Modell für den Prozess der Mineralablagerung im Skelett untersuchte der Wissenschaftler die Bildung von Kalziumkarbonat-Kristallen in Lösungen. Wie im Knochen entstehen darin Kristalle auf zwei verschiedene Arten. Zum einen bilden sie sich freischwebend in der Flüssigkeit, wesentlich einfacher jedoch formen sich die Kristalle an Oberflächen, die Kontakt zur Lösung haben. In Knochen etwa lagern sich durch diese so genannte heterogene Kristallisation die gelösten Mineralstoffe an den Kollagenfasern ab.

Wie Liu beobachten konnte, tritt bei geringer Gravitation eine ganz andere Situation ein. Der Forscher verfolgte die Kristallbildung an Bord eines Flugzeugs vom Typ MU-300, das durch gezielte Sturzflüge die Bedingungen im Weltall simulierte. Verringerte sich während einer solchen 20 Sekunden langen Flugphase die Schwerkraft, geriet die heterogene Kristallisation schnell ins Stocken. Stattdessen entstanden die Kristalle in der Lösung fast nur noch freischwebend.

• "Nature Science Update" 

Mit dem Schwinden der Schwerkraft, so Liu, kommen auch Turbulenzen in der Flüssigkeit zum Erliegen. Normalerweise wird die Kristallbildung an Oberflächen durch Strömungen aufrecht erhalten, die durch verschiedene Kalziumkarbonat-Konzentrationen entstehen. Ohne diese Ströme verlangsamt sich die Kristallablagerung, weil der Nachschub des gelösten Stoffes fehlt.