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Achtung: Dieser Spinat verschickt Emails und warnt vor Sprengstoff-Gefahr

Pflanzen könnten eingesetzt werden, um Umweltverschmutzung, bevorstehende Dürren und explosive Materialien zu erkennen.
Pflanzen könnten eingesetzt werden, um Umweltverschmutzung, bevorstehende Dürren und explosive Materialien zu erkennen.   -   Copyright  Canva
Von Marthe de Ferrer
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Es mag wie etwas aus einem futuristischen Science-Fiction-Film klingen: Wissenschaftler haben es geschafft, Spinatpflanzen zu entwickeln, die in der Lage sind, eine Art E-Mail zu versenden.

Mit Hilfe von Nanotechnologie haben Ingenieure vom MIT in den USA die Spinatpflanzen in Sensoren verwandelt, die explosive Materialien erkennen können. Die Pflanzen übermitteln diese Informationen drahtlos an die Wissenschaftler.

Wenn die Spinatwurzeln das Vorhandensein von Nitroaromaten im Grundwasser erkennen, eine Verbindung, die häufig in Sprengstoffen und Landminen vorkommt, senden Kohlenstoff-Nanoröhren in den Pflanzenblättern ein Signal aus. Dieses Signal wird dann von einer Infrarotkamera gelesen, die einen Alarm an die Wissenschaftler schickt.

Dieses Experiment ist Teil eines breiteren Forschungsfeldes, bei dem elektronische Komponenten und Systeme in Pflanzen eingebaut werden. Die Technologie ist als "Pflanzen-Nanobionik" bekannt.

"Pflanzen sind sehr gute analytische Chemiker", erklärt Professor Michael Strano, der die Forschung leitet. "Sie haben ein ausgedehntes Wurzelgeflecht im Boden, nehmen ständig Grundwasser auf und haben eine Möglichkeit, den Transport dieses Wassers nach oben in die Blätter selbst zu steuern."

"Es demonstriert, wie wir die Kommunikationsbarriere zwischen Pflanze und Mensch überwunden haben", fügt er hinzu.

Potenzial für die Umwelt?

Zwar bestand der Zweck dieses Experiments darin, Sprengstoffe aufzuspüren, dennoch glauben Strano und andere Wissenschaftler, dass diese Fähigkeit von Pflanzen auch genutzt werden könnte, um Forscher vor Verschmutzung und anderen Umweltproblemen zu warnen.

Aufgrund der großen Menge an Daten, die Pflanzen aus ihrer Umgebung aufnehmen, sind sie ideal geeignet, um ökologische Veränderungen zu überwachen.

In den frühen Phasen der Pflanzen-Nanobionik-Forschung verwendete Strano Nanopartikel, um Pflanzen zu Sensoren für Schadstoffe zu machen. Indem er die Photosynthese der Pflanzen veränderte, konnte er sie Stickoxid, einen durch Verbrennung verursachten Schadstoff, aufspüren lassen.

"Pflanzen reagieren sehr sensibel auf die Umwelt", sagt Strano. "Sie wissen lange vor uns, dass es eine Dürre geben wird. Sie können kleine Veränderungen in den Eigenschaften des Bodens und des Wasserpotenzials erkennen. Wenn wir diese chemischen Signalwege anzapfen, haben wir Zugriff auf eine Fülle von Informationen."

Wenn der Spinat nicht gerade damit beschäftigt ist, E-Mails an Forscher zu schicken, scheint er auch den Schlüssel für den effizienten Betrieb von Brennstoffzellen in sich zu tragen.

Wissenschaftler der Amerikanischen Universität Washington haben herausgefunden, dass Spinat, wenn er in Kohlenstoffnanoblätter umgewandelt wird, als Katalysator fungieren kann, um Metall-Luft-Batterien und Brennstoffzellen effizienter zu machen.

"Diese Arbeit legt nahe, dass nachhaltige Katalysatoren für eine Sauerstoffreduktionsreaktion aus natürlichen Ressourcen hergestellt werden können", erklärt Professor Shouzhong Zou, der die Studie leitete.

Metall-Luft-Batterien sind eine energieeffizientere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, die beispielsweise in Smartphones zu finden sind.

Spinat wurde speziell wegen seines hohen Eisen- und Stickstoffgehalts ausgewählt, die wichtige Elemente in Verbindungen sind, die als Katalysatoren wirken. Die Forscher mussten den Spinat waschen, entsaften und zu einem Pulver zermahlen, um ihn aus seiner essbaren Form in für den Prozess geeignete Nanoblätter zu verwandeln.

"Die von uns getestete Methode kann hochaktive, kohlenstoffbasierte Katalysatoren aus Spinat herstellen, der eine erneuerbare Biomasse ist", fügt Zou hinzu. "Tatsächlich glauben wir, dass sie kommerzielle Platinkatalysatoren sowohl in der Aktivität als auch in der Stabilität übertrifft."