Elektro-Physiologie

Schneller Blüher aus der Steckdose

Erste Versuche mit Gänsefuß erfolgreich. Auch beim Weinbau könnte der Einsatz von Elektroden helfen.

Man stelle sich vor: Es ist Frühling und die Kirschbäume stehen kurz vor der Blüte. Die "Eisheiligen", die den gefürchteten Frost bringen, stehen noch aus, und die Bauern müssten normalerweise um ihre Ernte bangen. Stattdessen verzögern sie den Blühzeitpunkt ihrer Bäume und verhindern damit das Erfrieren der Knospen. Die Ernte ist gerettet.

Was nach Science-Fiction klingt, ist für Lars Lehner, Biologe und Geschäftsführer der Firma Lehner Sensor-Systeme in Kirchheim/Teck bei Stuttgart, durchaus im Rahmen des Möglichen. Lehner und seine Kollegen haben einen Messapparat entwickelt, mit dem sie den Zustand einer Pflanze nicht nur überwachen, sondern auch manipulieren können: Sie versehen ihre Blätter mit Elektroden und messen deren elektrische Signale - ähnlich wie ein EKG beim Menschen.

Aus dem entstehenden Kurvenmuster, dem Elektrophysiogramm, können die Forscher ablesen, wie es der Pflanze geht: ob sie Durst leidet, eine Raupe an ihren Blättern frisst oder ob sie kurz vor der Blütenbildung steht.

Für die Landwirtschaft wäre ein solches Messsystem von großem Nutzen. Deren heutige Spitzenerträge werden oft durch den intensiven Einsatz von Dünger und Gift erzielt. So spritzen Winzer ihre Weinstöcke häufig vorsorglich gegen Mehltau, um ihre Reben vor der gefährlichen Pilzerkrankung zu schützen. "Mit unserem Messgerät könnten die Weinbauern erst dann Gift sprühen, wenn die Reben tatsächlich anzeigen, dass sie befallen sind", erklärt Lehner.

Vor allem die Manipulation des Blühzeitpunkts wäre wirtschaftlich interessant. Den Forschern ist das mit ihrer Versuchspflanze, dem Gänsefuß, gelungen. Durch gezielte elektrische Impulse konnten sie den Blühzeitpunkt variieren. "Es wird nicht möglich sein, einen Sämling zum Blühen zu bekommen. Der Zeitpunkt der Fruchtbildung eines ,reifen' Baums könnte aber um Wochen oder sogar Monate vorverlegt oder verzögert werden", ist Lehner überzeugt.

Mehr Fiction als Science? Dass es elektrische Effekte in Pflanzen gibt, ist weitläufig akzeptiert. Allerdings ist weniger klar, wozu sie dienen. Auch Wissenschaftler der Justus-Liebig-Universität Gießen forschen an der elektrischen Reizweiterleitung in Pflanzen. Sie konnten nachweisen, dass ein verletztes Blatt ein elektrisches Signal an andere Blätter gibt. Kurze Zeit später produziert die Pflanze Abwehrstoffe, die ihren natürlichen Fressfeinden, z. B. Raupen, gar nicht schmecken. Die Vermutung liegt nahe, dass es sich bei den Stromimpulsen um ein Alarmsignal handelt, das die Verteidigung der Pflanze in Gang setzt. Aber viele Forscher sind skeptisch. "Es gibt ein generelles Problem bei diesen ganzen Leitungsgeschichten: Noch steht der experimentelle Beweis aus, dass tatsächlich die elektrischen Signale die Ursache für die beobachteten Effekte sind. Sie können auch nur ein Beiphänomen darstellen", sagt Klaus Harter vom Zentrum für Molekularbiologie für Pflanzen der Universität Tübingen.

Tatsache ist, dass selbst nach jahrzehntelanger Forschung noch immer weitgehend unbekannt ist, wie Pflanzen Informationen aus ihrer Umwelt verarbeiten und weiterleiten. Einige Forscher sind überzeugt, dass sie dazu Stromimpulse verwenden, im Prinzip also ähnlich funktionieren wie Menschen und Tiere. Aber wie und wohin werden die elektrischen Signale, sogenannte Aktionspotenziale, geleitet? Pflanzen haben keine Nerven und kein Hirn.

Eine Vermutung ist, dass sich die Signale über das sogenannte Phloem ausbreiten. Das sind Leitbahnen, die wie Blutgefäße die ganze Pflanze durchziehen und Nährstoffe verteilen. "Die Aktionspotenziale sind allerdings deutlich schwächer und etwa 1000-mal langsamer als bei Mensch und Tier", sagt Edgar Wagner, emeritierter Botanik-Professor der Universität Freiburg, "Koordinationsstellen könnten möglicherweise in den Wurzel- und Sprossspitzen sitzen." Wagner forscht seit Jahren an den Wegen der pflanzlichen Kommunikation und entwickelte gemeinsam mit Lehner das Messsystem.

Tatsächlich ist der Gedanke einer Art Kommandozentrale in der Wurzelspitze nicht neu. Charles Darwin, der Begründer der Evolutionstheorie, sprach ihn Ende des 20. Jahrhunderts als Erster aus. Einige Forscher haben die Idee wieder aufgegriffen. Die Biologen Stefano Mancuso von der Universität Florenz und Frantisek Baluska von der Universität Bonn sind noch einen Schritt weiter gegangen: Sie haben vor fünf Jahren die "Gesellschaft für Pflanzenneurobiologie" ins Leben gerufen.

Seitdem wird lebhaft darüber diskutiert, was Gänseblümchen und Co. nun alles können und was nicht. An Kritik hat es nicht gefehlt, viele Fachkollegen empfinden die Bezeichnung "Neurobiologie" als unseriös. Jürg Stöcklin vom Botanischen Institut der Universität Basel meint: "Die Elektrophysiologie von Pflanzen ist ein interessantes Forschungsgebiet, aber es steckt noch in den Kinderschuhen und löst unter Wissenschaftlern sehr kontroverse Stellungnahmen aus."

Noch ist Lehners Pflanzen-EKG in der Testphase. Demnächst soll es aber schon erste Geräte für Hobby-Anwender geben. Dass demnächst Hunderte Pflanzen-EKGs im Alten Land ihren Dienst tun, um die Obstbaumblüten vor Spätfrost zu schützen, ist jedoch nicht zu erwarten. "Eine Beeinflussung des Blütezeitraums bei Obstgehölzen durch elektrische Signale erscheint mir sehr utopisch", sagt Dr. Gerd Palm von der Obstbauversuchsanstalt in Jork.

Verschiedene Faktoren beeinflussten den Blühzeitpunkt, so Palm. "Zudem muss bedacht werden, dass auf einem Hektar etwa 3000 Bäume stehen, die entsprechend manipuliert werden müssten."