Reissamen können möglicherweise das Geräusch des Regens im Voraus „hören“. MIT-Forschung enthüllt neue Beweise für die Geräuschwahrnehmung von Pflanzen

Neue Untersuchungen des MIT deuten darauf hin, dass Reissamen möglicherweise das Geräusch von Regenfällen „hören“ und ihren Keimprozess entsprechend regulieren können. Diese Arbeit, die als „erste direkte Demonstration, dass Pflanzensamen und -sämlinge Geräusche in der Natur wahrnehmen können“, liefert neue Hinweise darauf, wie Pflanzen Schallsignale nutzen, um sich an ihre Umgebung anzupassen.

Lange vor dieser Studie hatte die wissenschaftliche Gemeinschaft wiederholt auf die Auswirkungen von Schall auf Pflanzen hingewiesen. Einige Studien haben herausgefunden, dass das Spielen klassischer Musik zu Shanghai Qing das Wachstum fördern kann, während Rockmusik das Wachstum hemmen kann, was darauf hindeutet, dass verschiedene Schallquellen unterschiedliche Auswirkungen auf Pflanzen haben können. Andere Experimente zeigen auch, dass Geräusche das Verhalten von Pflanzen stark beeinflussen können: Einige Blumen nutzen die spezifische Flügelteilung eines Insekts, um zu entscheiden, ob sie Pollen abgeben; Arabidopsis und Tabak erhöhen den Gehalt an giftigen Substanzen wie Nikotin in ihrem Körper, um ihre Abwehrfähigkeit zu verbessern, nachdem sie das Geräusch benachbarter Pflanzen „gehört“ haben, die von Raupen gekaut werden. Es wurde auch berichtet, dass die vom Synthesizer abgegebenen Töne die Samenkeimung und das Setzlingswachstum von Mungobohnen, Gurken und Reis fördern.

Anders als bei der vorherigen Verwendung von Lautsprechern zur Wiedergabe elektronischer Klänge wählte das MIT-Team dieses Mal eine Schallquelle, die einer natürlichen Situation näher kommt – Regen. Sie maßen zunächst das Geräusch, das entsteht, wenn Regentropfen in einer Flachwasserumgebung ähnlich einem Reisfeld ins Wasser fallen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Intensität dieser Schallwelle dem lauten Schreien einer Person in Ihr Ohr entspricht, der Frequenzbereich jedoch hauptsächlich in den hohen und niedrigen Frequenzbändern liegt, die für das menschliche Ohr schwer zu hören sind. Anschließend gossen die Forscher simulierte Regenfälle in flache Becken mit Reissamen und verglichen deren Keimungsraten mit denen von Samen in einer Umgebung mit stillem Wasser. Das Experiment ergab, dass leichter „Nieselregen“ kaum Auswirkungen auf die Keimung hatte, während lauterer Regen die Keimungsrate deutlich steigerte. Unter den stärksten simulierten Regenschauerbedingungen stieg die Keimrate um mehr als 30 %.

Das Forschungsteam fand auch wichtige Hinweise aus einer früheren Arbeit. In einer Studie aus dem Jahr 2002 wurde berichtet, dass Arabidopsis-Mutanten, die nicht in der Lage sind, Stärke zu synthetisieren, deutlich anders reagierten als normale Pflanzen, wenn sie Vibrationen ausgesetzt wurden. Schallwellen sind im Wesentlichen Schwingungsenergie, die sich durch Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe ausbreitet und Strukturen wie das menschliche Trommelfell in Schwingungen versetzt, die wir als Schall wahrnehmen. Das MIT-Team stellte auf dieser Grundlage die Hypothese auf: Pflanzen müssen möglicherweise die Fähigkeit haben, Stärke zu synthetisieren, um Schallwellen zu „hören“.

Dieser Idee folgend konzentrierten sich die Forscher auf eine Art Struktur namens „Statolith“ in Pflanzenzellen. Der Begriff Statolith leitet sich vom griechischen Wort für „stehender Stein“ ab und ist ein wichtiges Gerät, mit dem Pflanzen die Richtung der Schwerkraft erfassen. Zellen, die die Schwerkraft spüren können, sind mit kleinen Körpern gefüllt, die mit hochdichter Stärke gefüllt sind. Sie sinken in die Zellen und „melden“ der Pflanze durch Kontakt mit umgebenden Strukturen und ihrer endgültigen Ruheposition, welche Richtung „unten“ ist. Die Forscher modellierten, wie aufgezeichnete Regengeräusche auf Gleichgewichtssteine ​​in Reissamen einwirkten, und stellten fest, dass die Geräusche ausreichten, um eine Schicht von Gleichgewichtssteinen aufzurütteln, die wie Perlen auf einer Trommel auf den Boden der Zellen gesunken war. Die Balancesteine ​​wurden durch das Geräusch des leichten Regens kaum beeinträchtigt; Als der Regen stärker wurde, wurden sie kontinuierlich hochgeschleudert und beschleunigt, ein Verhalten, das mit der beobachteten Stimulation der Keimung übereinstimmt.

Das Modell zeigt auch, dass sich diese Schicht aus Gleichgewichtssteinen im gestapelten Zustand am Boden der Zelle unter dem Einfluss von Schallwellen fast wie eine Flüssigkeit verhält, ähnlich einem mit Plastikbällen gefüllten Bällebad auf einem Kinderspielplatz. In diesem Fall bewegt Schallenergie diese „Flüssigkeitsschicht“ kontinuierlich und trägt so dazu bei, chemische Signale effizienter an andere Teile der Pflanze zu verteilen. Der Grund dafür, dass die oben erwähnte stärkearme Arabidopsis thaliana Schwierigkeiten hat, normal auf Vibrationen zu reagieren, liegt wahrscheinlich darin, dass sie die für Statolithen benötigte Stärke nicht herstellen kann, was die Funktion dieses sensorischen Systems beeinträchtigt. Dies zeigt, dass Balancesteine ​​wahrscheinlich ein wichtiger Mechanismus für Pflanzen sind, um äußere Vibrationen zu „hören“.

Während sich immer mehr Beweise häufen, akzeptiert die wissenschaftliche Gemeinschaft im Allgemeinen die Tatsache, dass Pflanzen Geräusche wahrnehmen und darauf reagieren können. Ob dies jedoch bedeutet, dass Pflanzen tatsächlich „zuhören“, das heißt, ob eine Art Bewusstsein oder Verstand erforderlich ist, um das Signal wahrzunehmen, ist noch umstritten. Pflanzen haben im Gegensatz zu Menschen und den meisten Tieren kein ähnliches Nervensystem und kein zentralisiertes Gehirn. In den letzten Jahren gab es eine heftige Debatte darüber, ob Pflanzen irgendeine Form von „Intelligenz“ besitzen. Einige Forscher gehen davon aus, dass Pflanzen ein gewisses Maß an intelligentem Verhalten an den Tag legen, während andere eine negative Einstellung dazu haben.

Ein Beweis für die Idee der „Pflanzenintelligenz“ stammt aus einer Studie aus dem Jahr 2017: Erbsenwurzeln scheinen in der Lage zu sein, Wasser in einem einfachen Labyrinth zu „finden“, indem sie dem Geräusch des fließenden Wassers folgen. In einer anderen Studie aus dem Jahr 2016 wurde behauptet, dass Erbsensämlinge lernen können, die Windrichtung eines Fächers mit der Lichtrichtung zu verknüpfen und so „vorhersagen“, wo sich die Lichtquelle befindet. Auch bei Pflanzen wurden ähnliche elektrische Signale wie bei Tieren beobachtet, allerdings werden diese Signale nicht über spezielle Strukturen weitergeleitet, die genau dem Nervensystem entsprechen. In vielen Fällen kennen Wissenschaftler die genaue Funktion dieser elektrischen Signale noch nicht, wahrscheinlich weil die Art und Weise, wie Pflanzen reagieren, nicht immer intuitiv ist.

Eindeutige Beispiele hierfür sind die Venusfliegenfalle, die elektrische Signale nutzt, um ihre Blätter schnell zu schließen und dann ihre Beute „zerquetscht“, und die Mimose, die elektrische Signale nutzt, um ihre Blätter bei Berührung schnell zu schließen. Diese Phänomene lassen Raum für die Vorstellung einer „dezentraleren“ Form der Intelligenz, bei der die Informationsverarbeitung und -reaktion über das gesamte Pflanzensystem verteilt sein könnte, anstatt sich auf eine einzige gehirnähnliche Struktur zu konzentrieren. Allerdings ist es immer noch willkürlich, diese verteilte Reaktion direkt mit „Hören“ oder „Bewusstsein“ im menschlichen Sinne gleichzusetzen.

Über die Frage des Hörens hinaus stellt das Bewusstsein selbst auch philosophische Herausforderungen an die Forschung. Zur Definition von Bewusstsein gibt es viele unterschiedliche Meinungen. Die Biologin Lynne Margulies und ihr Mitarbeiter Dorian Sagan haben vorgeschlagen, dass Bewusstsein auf seiner grundlegendsten Ebene als Bewusstsein der Außenwelt verstanden werden kann. Wenn dies als Kriterium verwendet wird, müssen vermutlich alle Arten, die überleben und auf ihre Umwelt reagieren sollen, über irgendeine Form von Bewusstsein verfügen, obwohl dessen Komplexität und spezifische Ausprägungen sehr unterschiedlich sind.

Vielleicht ist die von Reissämlingen „wahrgenommene“ Welt so weit von der menschlichen Erfahrung entfernt, dass es für uns schwierig ist, wirklich zu verstehen, wie sie Schallwellen „erleben“. Aber nach dieser MIT-Studie und vorhandenen Beweisen zu urteilen, ist es wahrscheinlich keine unbegründete Metapher zu sagen, dass sie in gewisser Weise das Geräusch von Regen „hören“.