Manchmal beginnen Forschungsprojekte wie ein Märchen aus Tausend-und-einer-Nacht. Gerhard Artmann, Leiter des Labors für Zellbiophysik der Fachhochschule Aachen, hat das schon erlebt.
"Wir haben zufällig irgendwann mal so einen saudischen Prinzen kennen gelernt, einen von den 2000, die es da gibt. Der sagte dann: Wir haben ein Problem. Wir möchten wissen, was für eine Art eine Dattelpalme ist. Und wir möchten wissen, ob die Dattelpalme, die wir vor uns haben, männlich oder weiblich ist."
In der Wüste ist solches Wissen bares Geld wert. Denn bei der Neuanlage großer Dattelpalmenplantagen werden anfangs nur kleine Triebe in den blanken Sandboden gesteckt. Bis zu 15 Jahren dauert es, bis sie ausgewachsen sind und die ersten Früchte tragen. Im Idealfall pflanzt man hauptsächlich weibliche Palmen, weil nur sie die Datteln tragen; und am besten solche von besonders edlen Sorten. Die sind jedoch teuer und als Jungtrieb kaum von einer billigen Massensorte zu unterscheiden. Und auch das Geschlecht ist nicht zur erkennen.
"Der Unterschied ist der: Die eine Sorte, die billige Sorte, die kostet 100 Euro, und die andere kostet 2000 Euro. Da müssen Sie sich vorstellen, wenn sie einigermaßen ein Geschäft machen wollen mit den Dattelpalmen, dann müssen sie so ungefähr 10.000 Palmen auf einer Plantage haben. Und das ist eine Rieseninvestition."
Um nicht mit falschen Dattelpalmen sprichwörtlich Geld in den Sand zu setzen, wäre also ein System ideal, mit dem sich die gefragten Merkmale schon bei den Jungtrieben erkennen ließen. Eine Möglichkeit sind Gentests. Doch die sind teuer und zeitaufwändig, vor allem wenn man sie gleich für Tausende von Jungpalmen durchführen muss. Gerhard Artmann hatte eine andere Idee. Gemeinsam mit seinen Mitarbeitern entwickelte er einen Scanner, der die Palmsorten und das Geschlecht allein anhand feinster äußerer Merkmale der Blätter erkennen kann. Die Maschine, groß wie ein Schuhkarton, besitzt einen Schlitz wie ein Kreditkartenlesegerät. Durch diesen Schlitz werden von oben die lanzenförmigen Dattelpalmblätter der Länge nach gezogen, bis sie unten wieder herausfallen. Der Projektleiter Peter Linder erklärt, was dabei noch geschieht.
"Hier in dem oberen Teil nehmen wir ein komplettes Farbprofil der Blätter auf. Im unteren Bereich haben wir dann einen Lasertriangulationssensor. Der misst die äußere Form, und zwar nicht nur die Breite auf Mikrometer genau, sondern auch entsprechend die Dicke und die Oberflächenbeschaffenheit."
Die Farbdaten erlauben Rückschlüsse auf den Chlorophyllgehalt der Blätter. Im Laserscan der Blattoberfläche sind die Dichte und der Verlauf der Blattadern genau zu erkennen. Diese und eine Reihe weiterer Parameter bilden zusammen einen sogenannten Vektor. Der Scanner ist an einen Computer mit einer speziellen Software angeschlossen, die mit künstlicher Intelligenz aus diesem Datenbündel ableiten kann, um welche Dattelsorte es sich handelt.
"Wir arbeiten mit neuralen Netzen, das heißt mit selbstlernenden Systemen. Wir füttern unser Gerät mit Blättern von Pflanzen, die bereits identifiziert worden sind. Und das System lernt dann selbstständig, wie der Vektor einer bestimmten Pflanze aufgebaut ist."
Am Ende bekommt der Nutzer des Gerätes nicht nur ein Bild des gescannten Blattes angezeigt, sondern auch den gesuchten Sortennamen und das Geschlecht der Pflanze. Mehrere Dutzend Dattelpalmsorten kann der Scanner schon unterscheiden – und das mit einer Trefferquote von über 95 Prozent. Das Verfahren funktioniert so gut, dass Gerhard Artmann dahinter ein viel breiter nutzbares Prinzip vermutet. Er glaubt, dass nicht nur Dattelpalmen, sondern möglicherweise alle Pflanzen durch die feinen Details ihres Äußeren genug Hinweise liefern könnten, um sie darüber eindeutig zu identifizieren – wie mit einem Fingerabdruck.
"Ich bin sogar der Meinung, dass sie, wenn sie das gut machen, diese Sorte von Mais von der anderen Sorte von Mais unterscheiden können. Diese Sorte von Apfelbaum von der anderen Sorte von Apfelbaum."
In den kommenden Jahren will Gerhard Artmann ein universelles Erkennungsgerät für Pflanzen entwickeln. Bauern sollen damit im Feld nicht nur schnell prüfen können, welche Sorten dort wachsen. Das Gerät könnte ihnen auch Informationen darüber liefern, ob die Pflanzen gesund, ausreichend gedüngt oder vielleicht von Schädlingen befallen sind.
Weiterführender Link:
Vom Nutzen des Dattelpalmengenoms
"Wir haben zufällig irgendwann mal so einen saudischen Prinzen kennen gelernt, einen von den 2000, die es da gibt. Der sagte dann: Wir haben ein Problem. Wir möchten wissen, was für eine Art eine Dattelpalme ist. Und wir möchten wissen, ob die Dattelpalme, die wir vor uns haben, männlich oder weiblich ist."
In der Wüste ist solches Wissen bares Geld wert. Denn bei der Neuanlage großer Dattelpalmenplantagen werden anfangs nur kleine Triebe in den blanken Sandboden gesteckt. Bis zu 15 Jahren dauert es, bis sie ausgewachsen sind und die ersten Früchte tragen. Im Idealfall pflanzt man hauptsächlich weibliche Palmen, weil nur sie die Datteln tragen; und am besten solche von besonders edlen Sorten. Die sind jedoch teuer und als Jungtrieb kaum von einer billigen Massensorte zu unterscheiden. Und auch das Geschlecht ist nicht zur erkennen.
"Der Unterschied ist der: Die eine Sorte, die billige Sorte, die kostet 100 Euro, und die andere kostet 2000 Euro. Da müssen Sie sich vorstellen, wenn sie einigermaßen ein Geschäft machen wollen mit den Dattelpalmen, dann müssen sie so ungefähr 10.000 Palmen auf einer Plantage haben. Und das ist eine Rieseninvestition."
Um nicht mit falschen Dattelpalmen sprichwörtlich Geld in den Sand zu setzen, wäre also ein System ideal, mit dem sich die gefragten Merkmale schon bei den Jungtrieben erkennen ließen. Eine Möglichkeit sind Gentests. Doch die sind teuer und zeitaufwändig, vor allem wenn man sie gleich für Tausende von Jungpalmen durchführen muss. Gerhard Artmann hatte eine andere Idee. Gemeinsam mit seinen Mitarbeitern entwickelte er einen Scanner, der die Palmsorten und das Geschlecht allein anhand feinster äußerer Merkmale der Blätter erkennen kann. Die Maschine, groß wie ein Schuhkarton, besitzt einen Schlitz wie ein Kreditkartenlesegerät. Durch diesen Schlitz werden von oben die lanzenförmigen Dattelpalmblätter der Länge nach gezogen, bis sie unten wieder herausfallen. Der Projektleiter Peter Linder erklärt, was dabei noch geschieht.
"Hier in dem oberen Teil nehmen wir ein komplettes Farbprofil der Blätter auf. Im unteren Bereich haben wir dann einen Lasertriangulationssensor. Der misst die äußere Form, und zwar nicht nur die Breite auf Mikrometer genau, sondern auch entsprechend die Dicke und die Oberflächenbeschaffenheit."
Die Farbdaten erlauben Rückschlüsse auf den Chlorophyllgehalt der Blätter. Im Laserscan der Blattoberfläche sind die Dichte und der Verlauf der Blattadern genau zu erkennen. Diese und eine Reihe weiterer Parameter bilden zusammen einen sogenannten Vektor. Der Scanner ist an einen Computer mit einer speziellen Software angeschlossen, die mit künstlicher Intelligenz aus diesem Datenbündel ableiten kann, um welche Dattelsorte es sich handelt.
"Wir arbeiten mit neuralen Netzen, das heißt mit selbstlernenden Systemen. Wir füttern unser Gerät mit Blättern von Pflanzen, die bereits identifiziert worden sind. Und das System lernt dann selbstständig, wie der Vektor einer bestimmten Pflanze aufgebaut ist."
Am Ende bekommt der Nutzer des Gerätes nicht nur ein Bild des gescannten Blattes angezeigt, sondern auch den gesuchten Sortennamen und das Geschlecht der Pflanze. Mehrere Dutzend Dattelpalmsorten kann der Scanner schon unterscheiden – und das mit einer Trefferquote von über 95 Prozent. Das Verfahren funktioniert so gut, dass Gerhard Artmann dahinter ein viel breiter nutzbares Prinzip vermutet. Er glaubt, dass nicht nur Dattelpalmen, sondern möglicherweise alle Pflanzen durch die feinen Details ihres Äußeren genug Hinweise liefern könnten, um sie darüber eindeutig zu identifizieren – wie mit einem Fingerabdruck.
"Ich bin sogar der Meinung, dass sie, wenn sie das gut machen, diese Sorte von Mais von der anderen Sorte von Mais unterscheiden können. Diese Sorte von Apfelbaum von der anderen Sorte von Apfelbaum."
In den kommenden Jahren will Gerhard Artmann ein universelles Erkennungsgerät für Pflanzen entwickeln. Bauern sollen damit im Feld nicht nur schnell prüfen können, welche Sorten dort wachsen. Das Gerät könnte ihnen auch Informationen darüber liefern, ob die Pflanzen gesund, ausreichend gedüngt oder vielleicht von Schädlingen befallen sind.
Weiterführender Link:
Vom Nutzen des Dattelpalmengenoms