Ultrasonic world of plants

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Aeneas Neumann (Preisträger des „Jugend forscht“ Regionalwettbewerbs 2024, Lerchenberggymnasium Altenburg)

In einer 2023 von israelischen Wissenschaftlern veröffentlichten Forschung wurden von Pflanzen abgegebene Töne, welche sich im Ultraschallbereich befinden, untersucht.

Diese Forschungsergebnisse beruhen auf Versuchen mit Samenpflanzen. Die Wissenschaftler konnten feststellen, dass gestresste Pflanzen häufiger diese Töne erzeugen und hierfür stressspezifische Muster verwenden.
Sie vermuten, dass eventuell die Kavitation (platzende Luftbläschen) in den Leitbahnen der Pflanzen Ursache für die Geräuschentstehung ist, da die Geräuschrate mit der Transpirationsrate korreliert.
In meinem Projekt untersuchte ich mittelst einfacher technischer Mittel (einfacher Fledermausdetektor, Mikrophon und Handy) in einer selbstgebauten Akustikbox (Abb. 1) unter möglichst gleichen Testbedingungen, ob Pflanzen verschiedener Abteilungen diese Töne ebenfalls abgeben, und vergleiche die Ergebnisse miteinander.

Abb. 1: Selbstgebaute Akustikbox

Ich habe Pflanzen aus den Abteilungen Grünalgen, Moose, Gefäßsporenpflanzen und Samenpflanzen getestet. Im Ergebnis der Auswertung von über 50 Stunden Aufnahmen konnte ich bei allen getesteten Pflanzen die Pflanzengeräusche nachweisen.
Dies zeigt, dass auch Pflanzen unterschiedlicher Entwicklungsstufen die Ultraschalltöne abgeben. Da ich die Pflanzengeräusche bei Pflanzen ohne Gefäßsystem nachweisen konnte, wird hierdurch die Theorie der möglichen Entstehung der Geräusche durch Kavitation in Frage gestellt.
Ich hatte mir dann überlegt, dass die Geräusche eventuell durch die Spaltöffnungen erzeugt werden, da diese ja auch mit der Transpiration der Pflanze zusammenhängen. Allerdings habe ich auch eine Unterwasserpflanze ohne Spaltöffnungen getestet, bei der ich ebenso die Ultraschallgeräusche nachweisen konnte.
Mithin können auch die Spaltöffnungen nicht die Ursache für die Geräuschentstehung sein.

Ein weiterer denkbarer Forschungsansatz wäre die Frage nach der Erzeugung der Töne mittels der Zellwände der Pflanzen.
Im Vergleich meiner Aufzeichnungen der einzelnen Pflanzentöne verschiedener Pflanzenarten habe ich festgestellt, dass jede Pflanzenart ihren artspezifischen Ton, quasi ihre eigene  Stimme hat (Abb. 2, 3, 4).
Diese Theorie konnte ich auch durch den Vergleich der artspezifischen Töne von drei Individuen einer Art untermauern. Auch gibt die gleiche Pflanze teilweise Töne in verschiedener Lautstärke ab. Diese Ergebnisse könnte man nutzen, um die Artenvielfalt bestimmter Standorte zu ermitteln. Möglich wäre dies z. B. durch den Einsatz von KI (Künstliche Intelligenz). Dann könnte man auch erkennen, welche Pflanze dieses Standorts vielleicht ein Problem hat. Das kann wiederum ein Indikator für Umweltverschmutzungen oder -belastungen sein.
Zudem könnte man so auch sog. Zeigerpflanzen ausfindig machen und damit z. B. Rückschlüsse auf die Bodenbeschaffenheit ziehen. Dies wäre z. B. durch Metallophyten möglich.
Auch in der Landwirtschaft kann die Aufzeichnung der Pflanzengeräusche von Nutzen sein, z. B. um die Anbaubedingungen zu optimieren, Schädlingsbefall zu erkennen und Unkrautvorkommen zu quantifizieren.

Abb.2: Anzahl der Plopps je Pflanzenart

Meine Messungen zeigen auch, dass die Geräuschabgabe einem bestimmten Rhythmus folgt. Dies spricht für eine mechanische Erzeugung des Tons z. B. durch Druckaufbau oder -abbau und ist damit möglicherweise eine wichtige Erkenntnis für die Ursachenforschung zu den Geräuschen. Meine Forschung kann auf Grund der Durchführung mit einfachen Mittel zunächst nur eine Grundlage für intensive Einzelforschungen in verschiedenen Bereichen dieser Thematik darstellen.

Zuletzt habe ich die Klangumgebung, welche meine Pflanzen in meinem Zuhause erzeugen, komprimiert und für das menschliche Ohr hörbar dargestellt.