Tierhaltung

Welchen Pollen Bienen von Blüte zu Blüte oder in den Bienenstock tragen, kann künstliche Intelligenz in zwanzig Minuten analysieren. (Foto: Landpixel.de)

Blütenpollen schnell bestimmt

Viel mehr Wissen über Pflanzen und bestäubende Insekten können Wissenschaftler jetzt sammeln. Künstliche Intelligenz wertet Mikroskop-Aufnahmen aus.

Nur zwanzig Minuten statt bislang vier Stunden braucht ein neues Verfahren, um genau zu bestimmen, welcher Pollen in Honig, im Blütenstaub auf Insekten oder in der Luft ist. Die Pollenanalyse greift auf eine Technik zurück, mit der in der Medizin Blut analysiert wird. Dafür werden Pollen in einer Flüssigkeit gelöst, die dann einen engen Kanal durchströmt. „So wandert jedes Pollenkorn einzeln durch das eingebaute Mikroskop-Element. Bis zu 2.000 Pollen pro Sekunde können das sein“, erklärt Dr. Susanne Dunker, Wissenschaftlerin am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und dem Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv).
Dabei entstehen mikroskopische und fluoreszenzmikroskopische Bilder jedes einzelnen Pollens. Anschließend analysiert künstliche Intelligenz die Aufnahmen und vergleicht sie mit Bildern, die sie zuvor erlernt hat. In aktuellen Studien konnte die Technik sogar Arten sicher identifizieren, die selbst für Experten am Mikroskop schwer zu unterscheiden sind. Die neue Methode ist also nicht nur extrem schnell, sondern auch hochpräzise.
Pollenkörner haben eine für die jeweilige Pflanzenart charakteristische Form, Oberflächenstruktur und Größe. Um die zwischen 10 und 180 Mikrometer großen Pollenkörner einer Probe zu bestimmen und zu zählen, galt bislang die Mikroskopie als Goldstandard. Die Arbeit am Mikroskop erfordert jedoch eine große Expertise und ist sehr zeitaufwendig. „Andere Ansätze zur Automatisierung der Pollenanalyse können entweder nah verwandte Arten nicht unterscheiden oder keine quantitativen Aussagen über die Anzahl der in einer Probe enthaltenen Pollenkörner treffen“, sagt die UFZ-Biologin Dunker. Doch genau das ist wichtig, um mehr zu erfahren über die Interaktion zwischen Pflanzen und Bestäubern.
Zunächst legen die Wissenschaftler eine umfangreiche Bilddatenbank an. Zum Start wurden die Pollen von Schafgarbe, Salbei, Thymian und verschiedene Klee-Arten wie Weiß-, Berg- und Wiesenklee in insgesamt mehr als 430.000 Aufnahmen gespeichert. „Die kombinierte Nutzung von mikroskopischen Aufnahmen, Fluoreszenzeigenschaften und Hochdurchsatz gab es in der Pollenanalyse bislang noch nicht“, bestätigt Dunker.
Nun plant die Wissenschaftlerin diese schnelle Analysemethode auch für Imker nutzbar zu machen. Allerdings verändern die Pollen im Honig ihr Aussehen, so dass neue Bilder zugrunde gelegt werden müssen. An der Entwicklung waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) gemeinsam mit der Technischen Universität (TU) Ilmenau beteiligt.

 

 

 

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