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Wie schlafen Bäume?

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Die meisten lebenden Organismen passen ihr Verhalten an den Tag-Nacht-Rhythmus an. Pflanzen sind da keine Ausnahme. Blumen öffnen morgens ihre Blüten, manche Bäume haben Blätter, die sich nachts zuklappen. Wissenschaftlich untersucht wird das schon lange:

Auch Bäume haben einen Tag-Nacht-Rhythmus

Eetu Puttonen

Carl von Linné beobachtete, dass sich Blumen auch in einem dunklen Keller weiterhin öffnen und schließen, Charles Darwin stellte fest, dass Pflanzen über Nacht ihre Blätter und Stängel hängen lassen und nannte diese Bewegung „Schlaf“. Doch bis heute wurden solche Untersuchungen nur mit kleinen, in Töpfen gezogenen Pflanzen durchgeführt.

Niemand wusste, ob auch Bäume dieses Schlafverhalten zeigen. Nun gelang es einem internationalen Forschungsteam aus Österreich, Finnland und Ungarn, das Schlafverhalten ausgewachsener Bäume zu messen, indem sie Zeitserien von Laser-Scanner-Punktwolken aufnahmen, die jeweils aus mehreren Millionen Messpunkten bestehen.

Nachts lassen Bäume ihre Zweige hängen

„Unsere Resultate zeigen, dass der ganze Baum in der Nacht zusammensinkt, was man als Positionsänderung der Blätter und Äste messen kann“, sagt Eetu Puttonen (Finnish Geospatial Research Institute). „Die Änderungen waren nicht groß, bis zu 10 cm bei einem Baum mit einer Höhe von fünf Metern, aber sie waren systematisch und eindeutig innerhalb der Genauigkeit unserer Messinstrumente.“

Um störende Effekte auszuschließen, die vom Wetter oder vom Ort abhängen, wurde das Experiment zweimal mit zwei verschiedenen Bäumen durchgeführt. Der eine Baum wurde in Finnland beobachtet, der andere in Österreich. Beide Tests fanden nahe an der Tag-Nacht-Gleiche statt, unter ruhigen Wetterbedingungen, ohne Wind und Tau.

Es zeigte sich, dass die Blätter und Zweige kontinuierlich nach unten sinken, ihre tiefste Position erreichen sie einige Stunden vor Sonnenaufgang. Am Morgen kehren sie zu ihrer ursprünglichen Position zurück. Ob sie von der Sonne „aufgeweckt“ wurden oder durch ihren eigenen internen Rhythmus, ist noch nicht geklärt.

„Auf molekularer Ebene hat sich das wissenschaftliche Feld der Chronobiologie schon weit entwickelt, und besonders der genetischen Hintergrund des Tageszyklus von Pflanzen ist gut untersucht“, sagt András Zlinszky (Centre for Ecological Research, Ungarische Akademie der Wissenschaften).

„Pflanzenbewegung hängt immer eng mit dem Wasserhaushalt einzelner Zellen zusammen, der unter anderem auch davon abhängt, ob Licht für die Photosynthese zur Verfügung steht. Aber Änderungen der Pflanzenform sind selbst bei kleinen Kräuterpflanzen schwer zu dokumentieren, weil man für klassische Fotografie sichtbares Licht benötigt, das einen Einfluss auf den ‚Schlaf‘ der Pflanzen haben kann.“

Mit Laserscans hingegen stört man die Pflanze nur minimal. Die Scanner verwenden Infrarotlicht, das von den Blättern reflektiert wird. Einzelne Punkte auf der Pflanze werden bloß für Sekundenbruchteile angestrahlt. Mit dieser Laserscan-Technik kann ein voll ausgewachsener Baum innerhalb von Minuten abgebildet werden, mit einer Auflösung von weniger als einem Zentimeter.

„Wir glauben, dass die Punktwolken aus den Laserscans uns ein tieferes Verständnis vom Schlafmuster der Pflanzen ermöglichen. Wir können damit unsere Messungen von einzelnen Pflanzen zu größeren Bereichen, zu ganzen Gärten oder Wäldern, ausweiten“, sagt Norbert Pfeifer vom Department für Geodäsie und Geoinformation der TU Wien.

„In einem nächsten Schritt werden wir wiederholt Punktwolken von Bäumen sammeln und die Ergebnisse mit Messungen über den Wasserhaushalt der Bäume in Verbindung setzen“, sagt Eetu Puttonen. "Das wird uns ermöglichen, den täglichen Wasserverbrauch der Bäume und ihren Einfluss auf das lokale oder regionale Klima besser zu verstehen.“

Die Studie wurde im Fachjournal “Frontiers in Plant Science“ (open access) veröffentlicht:
Puttonen, E., Briese, C., Mandlburger, G., Wieser, M., Pfennigbauer, M., Zlinszky, A., Pfeifer N. (2016). “Quantification of Overnight Movement of Birch (Betula pendula) Branches and Foliage with Short Interval Terrestrial Laser Scanning”. Frontiers in Plant Science, 7:222. doi: 10.3389/fpls.2016.00222

Graphikdownload: http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2016/sleepingtrees

Rückfragehinweis:
Norbert Pfeifer
Department für Geodäsie und Geoinformation
TU Wien, Österreich
T: +43-1-58801-12219
norbert.pfeifer@tuwien.ac.at

Eetu Puttonen,
Finnish Geospatial Research Institute (FGI)
National Land Survey of Finland, Finnland
eetu.puttonen@nls.fi

András Zlinszky
Centre for Ecological Research,
Ungarische Akademieder Wissenschaften
zlinszky.andras@okologia.mta.hu

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien

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