Verräterischer Ultraschall: Dem Blätterrauschen lauschen

Berührungslos lässt sich der Zustand von Pflanzen per unhörbarer akustischer Resonanzschwingungen messen, von Blattdichte und -dicke bis hin zum Beginn des Gasaustauschs mit der Umgebungsluft

Blätter
Blätter

Madrid (Spanien)/Zaragoza (Spanien) - Pflanzen haben im Ultraschallbereich eine Menge zu erzählen: Hört man genau hin, verraten sie nicht nur ihren Wassergehalt und andere Details ihrer Blattstruktur, sondern sogar den Moment, in dem sie ihre Spaltöffnungen zum Gasaustausch mit der Umgebung - quasi zum "Atmen" - öffnen. Die Messung erfolgt schnell, einfach und störungsfrei, berichten spanische Forscher, die die Pflanzenblätter per Ultraschall zu Resonanzschwingungen anregten. Anders als bei medizinischen Untersuchungen ist dazu kein Kontaktgel nötig. Die Analyse funktioniert vielmehr berührungsfrei durch die Luft, berichteten die Forscher kürzlich in den "Applied Physics Letters". Derartige Messungen dürften Gartenbau, Land- und Forstwirtschaft wichtige Informationen über den aktuellen Zustand und die längerfristige Entwicklung ihrer Pflanzen liefern. Auch wechselnde Umwelteinflüsse wären direkt abzulesen.

"Mit der Methode treten wir in einen stillen Dialog mit Pflanzenblättern, befragen sie und lauschen dem, was sie sagen", erklärt Tómas E. Gómez vom Institut für Akustik des nationalen spanischen Forschungsinstituts CSIC: "Die Stimme der Blätter selbst gibt uns die Informationen über ihren Zustand und ihre Eigenschaften". Gómez und Kollegen des Agri-Food Research and Technology Centre (CITA) von Aragón hatten die Blätter breitbandigen Ultraschall-Pulsen zwischen 0,2 und 2 Megahertz ausgesetzt. Das brachte die Blätter zum Vibrieren und verursachte unter anderem Resonanzschwingungen, welche von Ultraschallsensoren aufgenommen und dann analysiert wurden. Die Forscher untersuchten sowohl mehrjährige Pflanzen wie Kirschlorbeer (Prunus laurocerasus) und Liguster (Ligustrum lucidum) sowie blattabwerfende Pflanzen wie Pappel (Populus x euroamericana) und Platane (Platanus x hispanica). Den gemessenen Wasserverlust über einen bestimmten Zeitraum kontrollierten sie anhand von Blattproben. Weitere Details erscheinen in einer kommenden Publikation im "Journal of Experimental Botany".

"Wir können also direkt und sehr akkurat das Wasserpotenzial der Blätter schätzen, ohne Kontakt oder Störungen", so Ko-Autor Eustaquio Gil-Pelegrín, Forstwirtschaftler am CITA. So lasse sich nicht nur ein Verlust an Wassermasse von nur 1 Prozent feststellen. Auch könne man ein Nachlassen des Turgor, des Zellinnendrucks, messen und die interne Morphologie der Zellschichten analysieren, so der Forscher – und damit indirekt den Effekt von Umwelteinflüssen auf die Pflanze. "Sogar kritische Momente für die Pflanze, etwa das Schließen der Stomata", erklärt Gil-Pelegrín, ließen sich wahrnehmen: Diese Poren an der Blattoberfläche sind zuständig für den Gas- und Flüssigkeitsaustausch und öffnen oder schließen sich abhängig davon, inwieweit Licht, Wasser oder Kohlendioxid in der Umgebung vorhanden sind.