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.
Verschiedene Regenstärken simuliert
Bei den Versuchen trafen sechs Tage lang Wassertropfen auf durchfeuchteten Boden und auf flache Wasserbecken auf. Die Reisamen waren auf dem Grund der flachen Becken oder im Boden angebracht. Dabei variierte das Team Größe und Fallhöhe der Tropfen, um verschiedene Regenstärken zu simulieren. Die Wachstumsraten wurden mit denen von Kontrollsamen verglichen, die dieselben Keimbedingungen hatten, jedoch keinem Regengeräusch ausgesetzt waren. Insgesamt untersuchte das Team 7.860 einzelne Samen jeweils mindestens viermal hinsichtlich der Keimung. Es maß außerdem die akustischen Schwingungen, die die Tropfen unter Wasser und im Boden erzeugten.
Ergebnis: Die mittleren Erhöhungen der Keimrate im Vergleich zu den Kontrollgruppen lagen bei Samen, die dem stärksten Regen des Versuchs ausgesetzt waren, je nach Versuchstag bei bis zu 37 Prozent. Bei Samen, die geringeren Schalldruckspitzen ausgesetzt waren – entsprechend leichterem Regen – erhöhten sich die Keimraten weniger stark. Zudem zeigten Samen nahe der Oberfläche eine stärkere Reaktion und schnelleres Wachstum als sehr tief liegende oder weiter vom auftreffenden Tropfen entfernte Samen.
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.
Der Tiefenbereich von etwa null bis fünf Zentimeter sei bereits zuvor als vorteilhaft für die Keimung und das Überleben von Keimlingen bei Reis und verwandten Samen im Boden identifiziert worden, heißt es in der Studie. Dies liege an verschiedenen Umweltfaktoren, die sich mit der Tiefe verändern, wie Feuchtigkeit, Sauerstoffgehalt, Nährstoffe, Lichtverfügbarkeit und anderen Faktoren. "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.
Auch Acker-Schmalwand reagiert auf Vibrationsgeräusche
Die Wahrnehmung von Regengeräuschen sei somit genau auf jene Tiefen beschränkt, die auch für das Überleben von Keimlingen optimal seien. Dies deute auf eine evolutionäre Anpassung hin, da eine beschleunigte Keimung in größeren Tiefen nachteilig wäre, schließt das Team.
Schon frühere Studien hatten die Auswirkungen von Vibrationen auf Pflanzen gezeigt. So stimulierte eine Frequenz von 50 Hz bei einer Arbeit deutlich die Keimung von Reis-Samen. Diese genutzten Vibrationsgeräusche stammten jedoch von industriellen landwirtschaftlichen Aktivitäten und waren viel stärker als die von Regentropfen. In einer anderen Studie hatten Vibrationen Auswirkungen auf die Keimrate der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) und zwar nur bei solchen Pflanzen, die genügend Stärke hatten, um Körperchen zur Schwerkraftmessung zu bilden.
Obwohl Regenwasser für die Keimung, das Wachstum und das Überleben vieler Samen und Keimlinge unerlässlich sei, "wurde der Einfluss natürlicher Geräusche von Regen auf die Samenkeimung bisher nicht quantifiziert", heißt es in der Studie.
Schallwelle könnte eine Rolle spielen
Die Forschenden entwickelten eine Hypothese, wie die Tropfen die Samen zum schnelleren Keimen bringen könnten: Wenn ein Regentropfen auf die Oberfläche einer Pfütze oder auf den Boden trifft, erzeugt er eine Schallwelle, die die Umgebung in Schwingung versetzt – einschließlich der Samen in dem Versuch.
Diese Vibrationen können nach Berechnungen des Teams stark genug sein, um die sogenannten Statolithen eines Samens zu verschieben. Das sind winzige Organellen in bestimmten Zellen, die der Pflanze auch vermitteln, 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, dient dies nach dieser Hypothese auch 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.
