Gestresste Pflanzen erzeugen Geräusche, die über die Luft wahrnehmbar sind

Wenn gestresste Pflanzen „schreien“

Wie klingt eine gestress­te Pflan­ze? Offen­bar ein biss­chen wie Luft­pols­ter­fo­lie, die beim Drü­cken platzt: For­scher aus Isra­el konn­ten jetzt zei­gen, dass durch Aus­trock­nung oder durch das Abtren­nen von Stän­geln gestress­te Toma­ten- und Tabak­pflan­zen Geräu­sche von sich geben, die in der Laut­stär­ke mit nor­ma­len mensch­li­chen Gesprä­chen ver­gleich­bar sind. Die Fre­quenz die­ser Geräu­sche im Ultra­schall­be­reich ist aller­dings für unse­re Ohren zu hoch, um sie hören zu kön­nen. Wahr­schein­lich hören die Töne aber Insek­ten, ande­re Säu­ge­tie­re und mög­li­cher­wei­se ande­re Pflanzen.

„Selbst auf einem ruhig erschei­nen­den Acker gibt es also Geräu­sche, die wir nicht hören. Und die­se Geräu­sche ver­mit­teln Infor­ma­tio­nen“, sagt die lei­ten­de For­sche­rin Prof. Dr. Lil­ach Hada­ny, Evo­lu­ti­ons­bio­lo­gin und Theo­re­ti­ke­rin an der Uni­ver­si­tät Tel Aviv. „Es gibt Tie­re, die Ultra­schall­fre­quen­zen und ‑Geräu­sche hören kön­nen, also besteht die Mög­lich­keit, dass vie­le akus­ti­sche Wech­sel­wir­kun­gen auftreten.“

Mehr Stress, mehr Knack- oder Klick-Geräusche

Obwohl schon frü­her Ultra­schall­schwin­gun­gen von Pflan­zen auf­ge­zeich­net wur­den, zeigt die israe­li­sche Stu­die erst­mals, dass die Geräu­sche auch über die Luft über­tra­gen wer­den. Eine Tat­sa­che, die sie natür­lich für ande­re Orga­nis­men in der Umwelt viel bedeut­sa­mer macht. Denn: Klar ist, dass „Pflan­zen stän­dig mit Insek­ten und ande­ren Tie­ren inter­agie­ren, und dass vie­le die­ser Orga­nis­men Geräu­sche zur Kom­mu­ni­ka­ti­on nut­zen. Für Pflan­zen wäre es ziem­lich sinn­los, über­haupt kei­ne Geräu­sche zu machen und still zu blei­ben“, sagt Hadany.

Die For­scher ver­wen­de­ten Mikro­fo­ne, um gesun­de und gestress­te Toma­ten- und Tabak­pflan­zen auf­zu­neh­men, zuerst in einer schall­iso­lier­ten Akus­tik­kam­mer und dann in einer lau­te­ren Gewächs­haus­um­ge­bung. Dabei wur­den die Pflan­zen auf zwei Arten gestresst: Zum einem, indem die Pflan­zen meh­re­re Tage lang nicht gegos­sen und zum ande­ren, indem ihnen die Stän­gel abge­schnit­ten wur­den. Nach der elek­tro­ni­schen Auf­zeich­nung der Pflan­zen­ge­räu­sche trai­nier­ten die For­scher einen maschi­nel­len Lern­al­go­rith­mus, um zwi­schen nicht gestress­ten Pflan­zen, durs­ti­gen Pflan­zen und geschnit­te­nen Pflan­zen zu unterscheiden.

„Entspannte“ Tomaten sind ganz ruhig

Das Wis­sen­schaft­ler­team fand her­aus, dass gestress­te Pflan­zen mehr Geräu­sche von sich geben als nicht gestress­te Pflan­zen. Die Pflan­zen­ge­räu­sche ähneln Knack- oder Klick-Geräu­schen. Eine ein­zel­ne gestress­te Pflan­ze gibt etwa 30–50 die­ser Klicks pro Stun­de in schein­bar zufäl­li­gen Inter­val­len von sich, wäh­rend nicht gestress­te Pflan­zen weit weni­ger Geräu­sche von sich geben. „Wenn Toma­ten über­haupt nicht gestresst sind, sind sie ganz still“, sagt Hadany.

Von Aus­trock­nung bedroh­te Pflan­zen began­nen, Geräu­sche von sich zu geben, schon bevor sie erkenn­bar dehy­driert waren. Bei ihnen erreich­te die Fre­quenz der Geräu­sche nach 5 Tagen ohne Was­ser ihren Höhe­punkt. Dann nah­men sie wie­der ab, wäh­rend die Pflan­zen voll­stän­dig aus­trock­ne­ten. Die Art der abge­ge­be­nen Geräu­sche war je nach Stres­s­ur­sa­che unter­schied­lich. Der maschi­nel­le Lern­al­go­rith­mus konn­te genau zwi­schen Stress durch Aus­trock­nung oder Beschnitt der Pflan­zen unter­schei­den und auch erken­nen, ob die Geräu­sche von einer Toma­ten- oder Tabak­pflan­ze stammten.

Obwohl sich die Stu­die auf Toma­ten- und Tabak­pflan­zen kon­zen­trier­te, da sie im Labor ein­fach anzu­bau­en und zu stan­dar­di­sie­ren sind, unter­such­te das For­schungs­team auch eine Viel­zahl ande­rer Pflan­zen­ar­ten. „Wir fan­den her­aus, dass vie­le Pflan­zen – Mais, Wei­zen, Trau­ben und Kak­teen zum Bei­spiel – Geräu­sche abge­ben, wenn sie gestresst sind“, sagt Hadany.

Ursache der Geräusche ähnlich wie beim „Gelenkknacken“

Der genaue Mecha­nis­mus hin­ter die­sen Geräu­schen ist unklar. Es wird jedoch ver­mu­tet, dass die Geräusch­er­zeu­gung auf die Bil­dung und das Plat­zen von Luft­bla­sen im Gefäß­sys­tem der Pflan­ze zurück­zu­füh­ren sein könn­te, ein Pro­zess, der als Kavi­ta­ti­on bezeich­net wird. Und den jeder von uns sel­ber kennt: Das Kna­cken beim stär­ke­ren Zie­hen an den Fin­gern und ande­ren Form des Gelenk­kna­ckens kommt durch Kavi­ta­ti­on zustande.

Ob die Pflan­zen die­se Geräu­sche pro­du­zie­ren, um mit ande­ren Orga­nis­men zu kom­mu­ni­zie­ren, ist eben­falls unklar. Auf jeden Fall hat die Tat­sa­che, dass die­se Geräu­sche über­haupt exis­tie­ren, gro­ße öko­lo­gi­sche und evo­lu­tio­nä­re Aus­wir­kun­gen. „Es ist mög­lich, dass sich ande­re Orga­nis­men ent­wi­ckelt haben, um die­se Geräu­sche zu hören und dar­auf zu reagie­ren“, sagt Hada­ny. „Zum Bei­spiel könn­te eine Mot­te, die beab­sich­tigt, Eier auf eine Pflan­ze zu legen, oder ein Tier, das beab­sich­tigt, eine Pflan­ze zu fres­sen, die Geräu­sche nut­zen, um ihre Ent­schei­dung zu lenken.“

Ande­re Pflan­zen könn­ten eben­falls mit­hö­ren und von den Geräu­schen pro­fi­tie­ren. „Wir wis­sen aus frü­he­ren For­schun­gen, dass Pflan­zen auf Geräu­sche und Vibra­tio­nen reagie­ren kön­nen“, so Hada­ny. Sie und meh­re­re ande­re Mit­glie­der des For­scher­teams haben zuvor gezeigt, dass Pflan­zen die Zucker­kon­zen­tra­ti­on in ihrem Nek­tar erhö­hen, wenn sie die Geräu­sche von Bestäu­bern „hören“, und ande­re Stu­di­en haben gezeigt dass Pflan­zen ihre Gen­ex­pres­si­on als Reak­ti­on auf Geräu­sche ver­än­dern. „Wenn ande­re Pflan­zen Infor­ma­tio­nen über Stress haben, bevor er tat­säch­lich auf­tritt, könn­ten sie sich dar­auf vor­be­rei­ten“, sagt Hadany.

Erstes Patent für die kommerzielle Nutzung erteilt

Aus der Patent­schrift WO2020039434A1: Sys­tem zum Über­wa­chen von Pflan­zen, wobei das Sys­tem Fol­gen­des umfasst: einen oder meh­re­re Mikro­pho­ne, die kon­fi­gu­riert sind, um Signa­le basie­rend auf von Pflan­zen erzeug­ten Geräu­schen zu emp­fan­gen und wei­ter zu lei­ten; und ein Com­pu­ter­sys­tem, das so kon­fi­gu­riert ist, dass es die Signa­le emp­fängt und ver­ar­bei­tet, um ein Pro­fil einer Pflan­ze bereit­zu­stel­len, die die Geräu­sche erzeugt.[/caption]Es gibt auch bereits Über­le­gun­gen, wie die For­schungs­er­geb­nis­se kom­mer­zi­ell nutz­bar sind: So könn­ten Ton­auf­nah­men von Pflan­zen in land­wirt­schaft­li­chen Bewäs­se­rungs­sys­te­men ver­wen­det wer­den, um den Hydrat­a­ti­ons­sta­tus der Pflan­zen zu über­wa­chen und Was­ser effi­zi­en­ter zu ver­tei­len, sagen die Autoren. Sie haben bereits ein ent­spre­chen­des Patent ange­mel­det (WO2020039434A1).

„Wir wis­sen, dass es da drau­ßen in unse­rer Umwelt viel Ultra­schall gibt – jedes Mal, wenn Sie ein Mikro­fon ver­wen­den, stel­len Sie fest, dass vie­le Din­ge Geräu­sche erzeu­gen, die wir Men­schen nicht hören kön­nen. Aber die Tat­sa­che, dass Pflan­zen die­se Geräu­sche erzeu­gen, eröff­net ganz neue Mög­lich­kei­ten für die Kom­mu­ni­ka­ti­on, das Auf­zeich­nen und die Nut­zung die­ser Geräu­sche“, sagt Prof. Dr. Yos­si Yovel, ein Neu­ro­öko­lo­ge an der Uni­ver­si­tät Tel Aviv. „Jetzt, da wir wis­sen, dass Pflan­zen Geräu­sche von sich geben, lau­tet die nächs­te Fra­ge: ‚Wer könn­te zuhö­ren?‘“, fragt Hada­ny. „Wir unter­su­chen der­zeit die Reak­tio­nen ande­rer Orga­nis­men, sowohl Tie­re als auch Pflan­zen, auf die­se Geräu­sche, und wir erfor­schen auch unse­re Fähig­keit, die Geräu­sche in völ­lig natür­li­chen Umge­bun­gen zu iden­ti­fi­zie­ren und zu interpretieren.“