Spinat als Umweltforscher, der E-Mails verschickt

Spinat ist das neue "Superfood“. Die grünen Blätter sind nicht nur Teil einer gesunden Ernährung, sondern die Pflanze kann auch als Forschungsassistent eingesetzt werden - mit der Fähigkeit, E-Mails zu verschicken und uns auf wichtige Veränderungen in der Umwelt aufmerksam zu machen, wie ein Team am MIT herausgefunden hat.

Autor Mark Newton:

Übersetzung Mark Newton, 08.03.21

Dank eines gewissen Cartoon-Matrosen gilt Spinat seit langem als ein Gemüse mit besonderen Eigenschaften. Tatsächlich ist Spinat eine Quelle wichtiger Vitamine und Mineralien. Doch es scheint, als seien seine Fähigkeiten damit noch lange nicht ausgeschöpft. Ingenieur*innen am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben herausgefunden, dass das Blattgemüse auch ein großartiger Umweltforscher sein kann und sogar in der Lage ist, seine Erkenntnisse per E-Mail an menschliche Kollegen weiterzugeben.

Der Durchbruch fand im Department of Chemical Engineering statt und ist Teil einer größeren Reihe von Experimenten, die auf dem Gebiet der Pflanzen-Nanobionik entwickelt werden. Dieser Forschungszweig zielt darauf ab, nicht-natürliche Funktionen mittels Nanopartikeln in Pflanzen einzubetten. Damit ist es möglich, natürliche Funktionen von Pflanzen als Basis für neue Technologien zu nutzen.

Im Rahmen der MIT-Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Minerals veröffentlicht wurde, haben die Forschenden Spinat als Basis für nitroaromatische Sensoren verwendet. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet das, dass die hochentwickelten Wurzelsysteme des Spinats genutzt werden, um die Qualität des Bodens zu beurteilen und Nitroverbindungen aufzuspüren – also organische Strukturen, die oft die Grundlage von Sprengstoffen bilden.

Dazu wurden die Pflanzen mit im nahen Infrarotbereich fluoreszierenden Nanosensoren, so genannten Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNTs), angereichert. Diese wurden in das innere Gewebe des Blattes implantiert und funktionieren mit bestimmten Peptiden – Ketten von Aminosäuren – um Nitroaromaten zu erkennen. Während die nitroaromatischen Schadstoffe durch das Wurzelsystem der Pflanze in die Blätter transportiert werden, verursachen sie Schwankungen in der Infrarot-Emissionsintensität der Pflanze. Diese können dann automatisch von Infrarot-Kamera-Plattformen erkannt werden, die die Informationen per E-Mail an die Forschenden senden.

Von Spinat-betriebenen Sensoren zu Spinat-betriebenen Autos

Obwohl das Experiment ursprünglich mit dem Ziel entwickelt wurde, Sprengstoffe wie Landminen aufzuspüren, könnten Pflanzen-Systeme auch eingesetzt werden, um eine Reihe von Chemikalien zu erkennen, die auf Umweltprobleme hinweisen. Pflanzen sind von Natur aus sehr empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und nehmen ständig große Mengen an Informationen aus ihrer Umgebung auf, einschließlich von Schadstoffen im Boden oder in der Luft. In einigen Fällen sind sie sogar in der Lage, auf der Grundlage kleiner ökologischer Veränderungen vorausschauende Einschätzungen zu treffen, wie zum Beispiel Dürreperioden vorherzusagen, lange bevor sie eintreten.

Wenn es Forschenden gelingt, die chemischen Signalwege innerhalb der Pflanzenwelt weiter anzuzapfen, könnte man mit Pflanzen wie Spinat irgendwann Umweltfaktoren auf ganz unterschiedliche Weise überwachen – und vielleicht könnten die Pflanzen in Zukunft dann die Aufgaben von elektronische Umweltsensoren übernehmen.

Doch damit enden die möglichen zukünftigen Anwendungen von Spinat noch nicht. Forschende der American University in Washington DC haben Spinat auch als Grundlage für Experimente zu Hochleistungskatalysatoren verwendet. Das Team entdeckte, dass sich Spinatblätter, nachdem sie entsaftet und zu einem Pulver gemahlen wurden, in Nanoblätter (dünne, zweidimensionale Schichten, mehr dazu auch hier) für den Einsatz in Metall-Luft-Batterien verwandeln lassen. Diese Batterien gelten allgemein als effizienter als die Lithium-Ionen-Batterien, die üblicherweise in Smartphones und Elektrofahrzeugen verwendet werden. Aufgrund des hohen Eisen- und Stickstoffgehalts im Spinat wird vermutet, dass Katalysatoren auf Spinatbasis in der Lage sein könnten, herkömmliche Platinkatalysatoren zu übertreffen und deren Kosten erheblich zu senken. Effizientere Batterien würden sich natürlich insgesamt auf die Höhe des Stromverbrauchs auswirken und einen positiven Einfluss auf die Umwelt haben.

Dieser Artikel ist eine Übersetzung von Sarah-Indra Jungblut und erschien im Original zuerst auf unserer englischsprachigen Seite.

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