Schallwellen aktivieren ZellenReis wächst mit Regengeräuschen schneller
Tiefe und Beschaffenheit des Bodens sind ausschlaggebend dafür, dass Pflanzen keimen und gedeihen. Womöglich nutzen Pflanzen aber auch aktiv Geräusche und Schallwellen, um schneller zu wachsen.
Samen von Reispflanzen registrieren einer Studie zufolge den Klang von Regentropfen und entwickeln sich dann schneller. "Die Ergebnisse zeigen, dass Reis und verwandte Samenarten in der Lage sind, das Geräusch von Regen wahrzunehmen, der auf die Boden- oder Wasseroberfläche über ihnen trifft", schreibt das Team im Fachjournal "Scientific Reports". Samen von Reis (Oryza sativa) reagieren demnach darauf, indem sie die Keimung beschleunigen. Das Team schlägt auch einen Mechanismus für diese Reaktion vor.
"Diese Studie zeigt, dass Samen Schall auf eine Weise wahrnehmen können, die ihnen beim Überleben hilft", sagt Studienleiter Nicholas Makris vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge (USA). Eines seiner Forschungsgebiete ist die Physik der Sensorik und Wahrnehmung.
7860 Samen im Labor berieselt
Bei den Versuchen trafen sechs Tage lang Wassertropfen auf den durchfeuchteten Boden und auf flache Wasserbecken auf. Die Reissamen waren auf dem Grund der flachen Becken oder im Boden angebracht. Dabei variierte das Team die Größe und Fallhöhe der Tropfen, um verschiedene Regenstärken zu simulieren. Die Wachstumsraten wurden dann mit denen von Kontrollsamen verglichen, die dieselben Keimbedingungen hatten, jedoch keinem Regengeräusch ausgesetzt waren. Insgesamt untersuchte das Team 7860 einzelne Samen jeweils mindestens viermal hinsichtlich der Keimung. Es maß außerdem die akustischen Schwingungen, die die Tropfen unter Wasser und im Boden erzeugten.
Ergebnis: Samen, die im Versuch dem stärksten Regen ausgesetzt waren, keimten im Durchschnitt bis zu 37 Prozent häufiger als die Samen der Kontrollgruppen. Bei schwächerem Regen mit geringeren Schalldruckspitzen stieg die Keimrate ebenfalls, allerdings weniger deutlich. Außerdem reagierten Samen nahe der Bodenoberfläche stärker und wuchsen schneller als Samen, die tiefer lagen oder weiter vom Auftreffpunkt der Regentropfen entfernt waren. Die Beschleunigung der Keimung war in der Studie auf eine relativ geringe Samentiefe von maximal fünf Zentimeter beschränkt - sowohl im Wasser als auch im Boden.
Grund sei, dass die Schallintensität mit der Tiefe abnehme. Bereits in früheren Untersuchungen sei festgestellt worden, dass ein Tiefenbereich von etwa null bis fünf Zentimetern im Boden besonders günstig für die Keimung und das Überleben von Reis sowie ähnlichen Samen ist, schreiben die Studienautoren. Dies liege an verschiedenen Umweltfaktoren wie Feuchtigkeit, Sauerstoffgehalt, Nährstoffe, Lichtverfügbarkeit und anderen Faktoren, die sich mit der Tiefe verändern. "Aus diesen Gründen ist dieser Tiefenbereich sowohl in natürlichen Samenhabitaten als auch in der landwirtschaftlichen Praxis für Reis und verwandte Pflanzen weit verbreitet", schreibt das Team.
Die Wahrnehmung von Regengeräuschen sei somit genau auf jene Tiefen beschränkt, die auch für das Überleben von Keimlingen optimal seien. Das deute darauf hin, dass sich Samen im Laufe der Evolution an natürliche Regenklänge angepasst haben: Sie "hören" Regen offenbar als verlässliches Zeichen für günstige Umweltbedingungen und starten ihr Wachstum genau dann, wenn die Erfolgschancen am größten sind.
Schallwelle könnte eine Rolle spielen
Die Forscher schlussfolgerten: Wenn ein Regentropfen auf die Oberfläche einer Pfütze oder auf den Boden trifft, erzeugt er eine Schallwelle, die die Umgebung, einschließlich der Samen, in Schwingung versetzt. Diese Vibrationen können nach Berechnungen des Teams stark genug sein, um winzige Organelle in bestimmten Zellen zu bewegen und dadurch biologische Prozesse auszulösen, die die Keimung beschleunigen. Denn diese sogenannten Statolithen vermitteln der Pflanze, wo oben und unten ist und damit in welche Richtung sie keimen muss.
Das Team berechnete aufgrund des Schalldrucks die möglichen Verschiebungen von Statolithen innerhalb der Zelle. Werden diese Statolithen bewegt, diene dies laut Hypothese als Signal für Samen und Keimlinge zu wachsen und auszutreiben. Dies geschieht laut Studie genau in Bodentiefen, in denen der Regenschall stark genug ist, um Statolithen zu bewegen.
Diese wiederum seien genau jene Tiefen, die auch für das Überleben von Keimlingen optimal seien. Über eine Kette von Reaktionen beeinflussen Regengeräusche nach Annahmen des Teams das Pflanzenhormon Auxins in den Zellen, was wiederum die Keimung fördern könne.