Forscher belauschen Wurzeln und Würmer - wissenschaft.de
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Umwelt+Natur

Forscher belauschen Wurzeln und Würmer

Diese Wurzeln haben beim Wachsen Geräusche verursacht. (Bild: Colourbox)

In einem gesunden Boden wimmelt es von Leben! Was genau im Untergrund wächst und wuselt, bleibt dem menschlichen Blick allerdings weitgehend verborgen. Doch nun sagen Forscher: Was man nicht sehen kann, kann man hören – akustische Verfahren eignen sich zur Bodenanalyse. Mittels piezoelektrischer Sensoren können die Biologen die feinen Geräusche erfassen, die Wurzeln beim Wachsen oder Würmer beim Tunnelgraben verursachen.

Die biologische Aktivität ist ein wichtiger Aspekt für die Beurteilung der Qualität von Böden. Vor allem die Durchwurzelung und die Tätigkeit von Regenwürmern haben eine große Bedeutung für die Leistungsfähigkeit der buchstäblichen Grundlage von Ökosystemen und der Landwirtschaft. Vor diesem Hintergrund ist Wissen über das Bodenleben und über die Zusammenhänge in diesem Ökosystem sehr wichtig. Bisher bleibt Bodenkundlern aber Vieles verborgen, was im Untergrund abläuft. Um direkte Informationen zu sammeln, müssen sie bisher graben und auswerten. So haben sich die Forscher um Dani Or von der ETH Zürich gefragt, ob man dem Bodenleben vielleicht durch akustische Technik auf die Spur kommen könnte.

Akustische „Spionagetechnik“ im Boden

Um dieser Frage nachzugehen, haben sie visuelle Beobachtungen mit akustischen Messungen verglichen. Dazu verwendeten sie mit Erde gefüllte Glasgefäße, die Einblicke in den Boden gewährten. In einigen ließen sie Maispflanzen Wurzeln treiben und in anderen Regenwürmer Tunnel graben. Zusätzlich befanden sich in den Versuchseinheiten piezoelektrische Sensoren. Diese technischen Elemente sind in der Lage, für den Menschen unhörbare Signale zu erfassen – elastische Wellen mit einer Frequenz von 1 bis 100 Kilohertz. Sie entstehen beispielsweise, wenn sich Sandkörnchen verschieben oder sich kleine Risse bilden.

Da knackt die Wurzel und knirscht der Wurm

Um zu überprüfen, ob die von den Piezo-Sensoren aufgefangenen Signale etwas mit der biologischen Aktivität zu tun haben, hat das Team das beobachtete Wurzelwachstum und die Grabtätigkeit der Würmer mit den registrierten Geräuschen abgeglichen. Es zeigte sich: Die visuellen Beobachtungen stimmten in hohem Maße mit den akustischen Messungen überein. Resultate aus nur mit Erde gefüllten Kontrolleinheiten bestätigten zudem, dass die Geräusche tatsächlich von den Wurzeln und den Würmern stammen. „Die Geräusche weisen außerdem eine gewisse Signatur auf, so dass sie sich einer bestimmten Quelle zuweisen lassen“, sagt Or. „Würmer etwa bewegen sich viel schneller als Wurzeln, zugleich sind ihre akustischen Emissionen viel punktueller.“

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Potenzial als Analysemethode

Die Forscher sehen in dem Verfahren nun großes Potenzial: „Wir können so zum Beispiel erfahren, wann Wurzeln wachsen. Wir wussten bisher nicht, ob es tagsüber, in der Nacht, bei feuchtem oder bei trockenem Boden geschieht. Mit der neuen Methode können wir das relativ einfach an Ort und Stelle aufzeichnen – ohne zu graben“. Außerdem könnte die Methode Aufschluss über die Bildung von Bodenstrukturen geben sowie über das Zusammenspiel von Würmern und Wurzelwachstum. Den Forschern zufolge könnte das Verfahren vielleicht auch quantitative Aussagen ermöglichen – etwa darüber, wie viele Wurzelspitzen gleichzeitig wachsen und wie schnell.

Die Forscher wollen ihre Ergebnisse aus dem Labor nun auch auf reale Bedingungen erweitern – sie planen Feldversuche. Langfristig hoffen sie, dass die Methode einmal von Bauern eingesetzt werden kann – als raffinierte Ergänzung zu anderen Verfahren der Bodenanalyse

Quelle: ETH Zürich,  Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-018-28582-9

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