Wie wirken Schallwellen auf Pflanzen und Mikroorganismen?

Pflanzen und Mikroorganismen können Schallwellen wahrnehmen und darauf reagieren. Agroscope hat in einer Literaturstudie diverse Publikationen zum Thema analysiert. Sie zeigen, dass Schall zu positiven Auswirkungen auf die Physiologie, zu verbessertem Wachstum, Entwicklung und Krankheitsresistenz führen kann.

Vermehrt weisen Studien darauf hin, dass Schallwellen einen relevanten Einfluss auf die Physiologie von Pflanzen und Mikroorganismen haben können. Die positiven Auswirkungen auf die Physiologie, die zu verbessertem Wachstum, Entwicklung und Krankheitsresistenz führen, sind durch viele Studien gut belegt. Die verfügbaren Erkenntnisse sind jedoch nur vorläufig und unzureichend, um viele Fragen auf zellulärer Ebene zu beantworten. Die Ergebnisse sind oft widersprüchlich, da es sehr grosse Unterschiede gibt, wie eine einzelne Spezies auf Schall reagiert und die Reaktion ist zudem stark abhängig vom Ökosystem, indem sich diese Spezies befindet. Noch gibt es eine grosse Lücke in unserem Verständnis der zellulären Ereignisse, die durch Schallstimulation in Pflanzen und Mikroorganismen ausgelöst werden, was weitere Studien bedingt. Die fehlende Standardisierung der Behandlungsbedingungen, d. h. der Schallfrequenzen und -intensitäten, erschwert den Vergleich zwischen Studien.

Schallwellen haben Einfluss auf die Käsequalität

Die Wirkung von Ultraschallwellen und Wellen im hörbaren Bereich auf Mikroorganismen und in der Folge auf die Käsequalität wurde bereits mehrfach untersucht. Der Einfluss von mikrobiellen Kulturen, die mittels einer Ultraschallbehandlung geschwächt («attenuated») und zusätzlich zur Starterkultur zugegeben werden, auf die Käsequalität ist ebenfalls mehrfach beschrieben. Häufig konnte damit eine höhere Aktivität von Peptidasen, eine höhere Konzentration an freien Aminosäuren und ein intensiveres Aroma bei der sensorischen Prüfung erreicht werden.

Bei einer Zusammenarbeit von Studenten der Hochschule für Künste Bern (HKB) und dem Käsehaus K3 (Käse, Kultur, Küblerei) in Burgdorf im Rahmen der Aktion «HKB geht an Land», entstand die Idee, mithilfe von Musik die Reifung von Käse zu beeinflussen. In diesem international viel beachteten Tastversuch konnten sensorische Unterschiede zwischen den Käsen festgestellt werden, wobei der mit Hip-Hop Musik beschallte Laib am besten bewertet wurde. Diese Feststellung ist jedoch vorläufig und muss in vertieften Studien noch bestätigt werden.

Vielversprechende Behandlung mit Ultraschall geringerer Intensität

Zellen können bei Ultraschallbeschallung mit niedriger Intensität zum Teil besser wachsen, weil der Transport kleiner Moleküle in Lösung erhöht wird. Ein beschränktes Mass an Sonoporation (= Bildung von Hohlräumen oder Poren in der Zellmembran aufgrund von Beschallung) ist reversibel und kann den Stofftransport von Substraten oder Reagenzien durch die Zellmembran und die Entfernung von Nebenprodukten des zellulären Stoffwechsels und somit das Zellwachstum verbessern. Höhere Grade der Sonoporation kann hingegen irreversibel werden und zum Austreten von Zellinhalten führen, da die Lipiddoppelschicht der Zellmembran physisch unterbrochen und/oder verändert wird, was schliesslich zum Zelltod führt.

Die Literaturstudie von Agroscope zeigt auch eine weitere interessante Perspektive: Schallwellen können Pflanzen, Pflanzen-Mikrobiome und Mikroorganismen darin unterstützen, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Dieses Forschungsgebiet der Pflanzen- und Mikrobiologie ist noch neu und erfordert viel Einsatz.