EKG für Pflanzen: Pflanzen senden dem Bauern Signale

Stellen Sie 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.

Patent für Pflanzen-EKG

Was für viele unrealistisch klingt, ist für Lars Lehner, Biologe und Geschäftsführer der Firma Lehner Sensor-Systeme in der Nähe von Stuttgart, im Rahmen des Möglichen. Lehner und seine Kollegen haben ein Messsystem entwickelt, mit dem sie den physiologischen Zustand einer Pflanze überwachen und manipulieren können. In Kürze wird Lehner dafür ein europäisches Patent erteilt bekommen. «Man kann sich das wie ein EKG beim Menschen vorstellen», sagt der Biologe. «Wir versehen die Blätter der Pflanze mit Elektroden und messen und analysieren ihre elektrischen Signale.» Gewonnen wird ein so genanntes Elektrophysiogramm, das aus vielen Kurven besteht. Anhand des Kurvenmusters lässt sich erkennen, wie es der Pflanze geht: ob sie Durst leidet, eine Raupe an ihren Blättern frisst oder ob sie kurz vor der Blütenbildung steht.

Pflanzen sind demnach nicht länger stumme Geschöpfe, sondern Wesen, die sich mitteilen – sofern man ihre physiologischen «Äusserungen» erfasst und richtig interpretiert. Das bedeutet einen ungeheuren wirtschaftlichen Nutzen für die Landwirtschaft. Deren heutige Spitzenerträge werden oft durch den intensiven Einsatz von Dünger und Schädlingsbekämpfungsmitteln erzielt.

Erst spritzen, wenn befallen

Winzer beispielsweise müssen ihre Weinstöcke häufig vorsorglich gegen Mehltau spritzen, um ihre Reben vor der gefährlichen Pilzerkrankung zu schützen. Mit dem neuartigen Messsystem müssten die Weinbauern erst dann Gift sprühen, wenn die Reben tatsächlich anzeigen, dass sie befallen sind.

Das Einsparen von Pestiziden ist nur eine der Möglichkeiten. Lehner und seinen Kollegen ist es auch gelungen, den Blühzeitpunkt ihrer Versuchspflanze, des Gänsefusses, durch gezielte elektrische Impulse zu variieren. Das bedeutet, dass das Austreiben der Obstbäume eines Tages tatsächlich den Wetterverhältnissen angepasst werden könnte. «Es wird nicht möglich sein, einen Sämling zum Blühen zu bekommen. Der Zeitpunkt der Fruchtbildung eines potenziell reifen Baums könnte aber um Wochen oder sogar Monate vorverlegt oder verzögert werden», sagt Lehner.

System noch in Testphase

Noch ist das System in der Testphase. Die Technologie, die sich laut Lehner im Labor an verschiedenen Pflanzen wie Wein, Pfirsich, und Kiefern gut bewährt hat, muss noch besser an das Freiland angepasst werden. Dazu gehört auch die Entwicklung wetterfester Elektroden. Ausserdem soll das System an weiteren Nutzpflanzen getestet und für grossflächige Anwendungen optimiert werden, wofür die Forscher gerade nach Kooperationspartnern suchen.

Die elektrische Aktivität von Pflanzen ist allerdings nicht von allen Wissenschaftern akzeptiert. Zwar sind Beispiele wie die Venusfliegenfalle, deren Blätter sich um eine gefangene Fliege schliessen, allgemein als elektrisch gesteuertes Verhalten anerkannt. Ob eine Pflanze aber auch bei Wassermangel oder Blattlausbefall mit so genannten Aktionspotenzialen reagiert, ist umstritten.

Pflanzen elektrisch aktiv?

Edgar Wagner, emeritierter Professor an der Botanischen Fakultät der Universität Freiburg, ist indessen überzeugt, dass «eine Pflanze in sich elektrisch aktiv ist»: «Greift man die Oberfläche ab, findet man eine Vielzahl elektrischer Signale, die den Zustand einer Pflanze widerspiegeln», erklärt der Pflanzenphysiologe. Dem stimmt auch Jürg Stöcklin, Professor am Botanischen Institut der Universität Basel, zu: «Pflanzen benutzen tatsächlich elektrische Potenziale, um über ihre Zellmembranen Signale von einem Ort zum andern zu senden.»

Doch Reben und Rosen verfügen weder über ein Nervensystem noch über ein Gehirn. Wie und wohin werden die elektrischen Signale also geleitet? Vermutet wird, dass sich die Signale über das so genannte Phloem ausbreiten. Das sind Leitbahnen, die wie Blutgefässe die ganze Pflanze durchziehen und der Verteilung der Nährstoffe dienen. Die elektrischen Signale einer Pflanze sind allerdings deutlich schwächer und etwa 1000-mal langsamer als bei Mensch und Tier. «Koordinationsstellen könnten möglicherweise in den Wurzel- und Sprossspitzen sitzen», sagt Wagner, der seit Jahren an den pflanzlichen Kommunikationswegen forscht und Pate bei der Entwicklung von Lehners Messsystem stand.

Die pflanzliche Elektrophysiologie befindet sich nicht gerade im Fokus der botanischen Forschung. Was laut Wagner vor allem die Schuld des 1973 erschienenen Buchs «The Secret Life of Plants» ist. Darin beschrieben ist unter anderem ein zweifelhaftes Experiment, bei dem ein Kriminologe einen Philodendron-Pflanze an einen Lügendetektor anschliesst, um deren Reaktionen zu messen. «Die Elektrophysiologie an Pflanzen wurde fortan als Humbug abgetan, Forschungsgelder waren nicht mehr zu bekommen», erklärt Wagner.

Forschung in Kinderschuhen

Das ändert sich allmählich. Die Ergebnisse der letzten Jahre, vor allem die sich langsam durchsetzende Erkenntnis, dass elektrische Signale ein fester Bestandteil der Pflanzenwelt sind, haben eine lebhafte Diskussion über die Fähigkeiten von Gänseblümchen und Co. in Gang gesetzt.

«Die Elektrophysiologie von Pflanzen ist ein interessantes Forschungsgebiet», sagt Stöcklin. «Aber es steckt noch in den Kinderschuhen und löst unter Wissenschaftern sehr kontroverse Stellungsnahmen aus. Auch wenn ich praxistaugliche Anwendungen für die Landwirtschaft[0] in Zukunft nicht ausschliessen möchte, wäre ich vorsichtig mit verfrühten Versprechungen.» Lehners «Pflanzen-EKG» hat auf jeden Fall schon Interesse geweckt: Anfang nächsten Jahres wird auf Arte und später im WDR ein Filmbeitrag darüber zu sehen sein.