Wirkungen einer langfristigen Exposition bei 915 MHz unmodulierter Strahlung geringer Leistung auf Phaseolus vulgaris L.

In den nächsten 10 Jahren wird ein Anstieg der Strahlung um mehr als das 30-Fache erwartet, wodurch auch die Auswirkungen auf Lebewesen ansteigen werden. Für den Menschen haben IARC (2013) und EUROPAEM (2016) neue Richtlinien herausgegeben, die Gesundheitsprobleme beim Menschen vermindern sollen. Pflanzen reagieren sehr empfindlich schon bei geringen Feldstärken mit oxidativem Stress und veränderter Genexpression. In früheren Experimenten mit der Gartenbohne (Grüne Bohne, Phaseolus vulgaris) war gepulste Strahlung (2,45 GHZ und 915 MHz) verwendet worden. Die bestrahlten Pflanzen keimten und wuchsen schneller als die Kontrollpflanzen. Das jetzige Experiment mit der Gartenbohne wurde mit kontinuierlicher 915-MHz-Strahlung geringer Feldstärke (unmodulierte Trägerfrequenz wie sie in der normalen Umgebung vorzufinden ist) über die gesamte Lebenszeit der Pflanzen durchgeführt. Durch Verwendung nur der Trägerfrequenz werden Schwankungen in der Feldstärke vermieden. Geklärt werden sollte, ob Unterschiede im Wachstum auftreten, denn Pflanzen können sich besser anpassen und möglicherweise treten geringere Unterschiede auf. Untersucht wurden Wachstumsparameter, Inhaltsstoffe, morphologische und physiologische Eigenschaften.

Die Pflanzen wuchsen in 2 getrennten abgeschirmten Räumen innerhalb einer Umgebung auf, die der eines Gewächshauses ähnelt. 36 Samen pro Gefäß wurden im Frühjahr ausgesät, je 3 Gefäße in jedem Raum platziert. Jedes Gefäß enthielt 6 Metallpole als Antennen. Die 36 Pflanzen pro Gefäß in den 3 Gefäßen in jedem Raum waren gleichmäßig um die 6 Pole verteilt, die Pflanzen wuchsen 120 Tage lang bis 220 cm vom Frühling bis zum Sommer. Das Wachstum wurde alle 30 Minuten aufgezeichnet. Die Bestrahlung erfolgte von der Einsaat bis zur Reife, in der einen Kammer mit einem Generator, die andere Kammer wurde scheinbestrahlt. Die Frequenz lag zwischen Uplink und Downlink des 900-MHz-Bandes des Mobilfunks (915 ± 5 MHz). Die Leistungsflussdichte betrug zwischen 4 und 10 mW/m², einer normalen Verteilung der Feldstärken. Analysiert wurden die Gehalte an Chlorophyll und Carotinoiden in gesunden Blättern am Tag 35; Größe und Anzahl der Blüten wurden ständig gemessen und das Trockengewicht von Spross und Wurzel am Ende bestimmt. Morphologie und Ultrastruktur der Blätter wurden am Tag 105 aus 30, 50 und 80 cm Höhe der Pflanzen im Licht- bzw. Elektronenmikroskop ausgewertet.

Man fand signifikante Unterschiede in Wachstumshöhe, Anzahl der Blüten, Gehalten an Chlorophyll und Carotinoiden sowie Änderungen der Ultrastruktur der Zellen in den Blättern. Die bestrahlten Pflanzen waren am Ende durchschnittlich 19 % höher, der prozentuale Unterschied war an Tag 26 am größten und verringerte sich bis zum Tag 35. Die Anzahl der Blüten war bei den bestrahlten Pflanzen 18 % geringer als bei den Kontrollen. Bei der Trockenmasse betrug der Anstieg 20 % bei Stängeln und Blättern (191,3 ± 7,6 g gegenüber 153 ± 6,1 g). Man sah extrem lange Wurzeln mit 34 % mehr Trockenmasse, wohl bedingt durch die übermäßige Entwicklung der bestrahlten Pflanzen. Die am meisten beeinflussten Blätter waren solche, die höherer Feldbelastung ausgesetzt waren (in der Mitte der Behälter). Das deutet darauf hin, dass die Schäden von der Intensität der Strahlung abhängen.

Chlorophyll- und Carotinoid-Gehalte insgesamt unterschieden sich nicht-signifikant in den Blättern, allerdings waren die beiden Chlorophylle a und b anders verteilt. Normalerweise ist Chlorophyll a immer höher als b, bei Stress wie Trockenheit, Schwermetallbelastung im Boden, Stickstoffmangel u. a. verschiebt sich das Verhältnis. Das Verhältnis war hier signifikant verschieden, der Stressfaktor kann hier die Strahlung sein. Auch weitere sekundäre Stoffe wie Polyphenole, Phenolsäuren, Terpenoide, Alkaloide oder schwefelhaltige Inhaltsstoffe, die hauptsächlich im UV-Bereich absorbieren, unterschieden sich in den beiden Gruppen.

Im Lichtmikroskop waren morphologische Unterschiede in den Blättern zu sehen: die Anzahl der Trichome (Trichome sind die „Haare“ auf der Oberfläche von Blättern und Stängeln, die Red.) war kaum verschieden zwischen bestrahlten und unbestrahlten Pflanzen (2 %), aber in den bestrahlten Pflanzen waren sie 2–5-mal länger und es gab verzweigte Varianten. Die signifikant längeren Trichome hatten 602,5 ± 40,3 μm gegenüber den Kontrollen mit 347,7 ± 70,2 μm und sie lagen dichter (Abstand 300–400 μm bzw. 600–700 µm) entlang des Zentralgefäßes und auch an den sekundären Gefäßen (12 ± 1 bzw. 7 ± 1). Dies ist auch ein Zeichen für Belastung, denn Vermehrung von Trichomen ist eine Reaktion der Blätter auf schädliche Einflüsse.

Die gesammelten Blätter von den unterschiedlichen Höhen der Pflanzen (30, 50 und 80 cm) zeigten im Elektronenmikroskop normale Chloroplasten mit intakten Membranen und normale Zellwände (Ultrastruktur) bei den Kontrollpflanzen. Bei den bestrahlten Pflanzen sah man bei 30 und 50 cm unregelmäßige Zellen im Vergleich zu den Kontrollen, die Zellwände waren wellig und unterbrochen, die Chloroplasten kugelig mit Brüchen in der Umhüllung. Bei 80 cm gab es große Vakuolen, die alle Organellen an die Zellwand drückten, und die Chloroplasten waren kugelig mit hohem Gehalt an Plastoglobuli (das sind Speicher für Lipide, darin z. B. Vitamin E, Plastochinone und Xanthophylle, die zur Entwicklung der Thylakoide benötigt werden). Das Verhältnis von Zytoplasma zu Anzahl der Vakuolen war bei 30 cm 1 %, bei 50 und 80 cm stieg es auf 36 %. Die Risse entlang der Hülle der kugeligen Chloroplasten können durch Hitze, Alterung der Blätter, Bodenverseuchung oder Strahlung entstehen. Die vermehrt vorhandenen Plastoglobuli in den kugeligen Chloroplasten in den Blättern der bestrahlten Pflanzen sind ein Zeichen für oxidativen Stress.

Alle Ergebnisse deuten darauf hin, dass die mit kontinuierlicher (unmodulierter) 915-MHz-Strahlung behandelten Pflanzen an signifikanten morphologischen und ultrastrukturellen Veränderungen litten. Nach konstanter Langzeitbestrahlung (von der Aussaat bis zur Reife) zeigte sich oxidativer Stress, die entstandenen übergroßen Vakuolen reduzierten die Menge des Zytoplasmas und Organellen. Als Folge entwickelten die Pflanzen Umwege (alternative Wege) zur Erhaltung der Lebensfunktionen, vor allem durch Vermehrung ihrer oberirdischen Teile, bestätigt durch die höhere Trockenmasse von Stängeln und Blättern bei den bestrahlten Pflanzen im Vergleich mit den Kontrollen. Das massive Wurzelwachstum bei den bestrahlten Pflanzen war eine Reaktion nicht nur auf erhöhte physiologische Bedürfnisse einer größeren Pflanze, sondern auch auf die Strahlung, die durch das Wurzelsystem der Pflanzen in den Boden floss, und die Pflanze reagierte mit Anpassung.

Das Experiment wurde mit einem festen unmodulierten Trägerfrequenzsignal durchgeführt. Da das Trägersignal in fast allen modulierten Kommunikationsmethoden genutzt wird, stellt sich die Frage: Welcher Anteil eines modulierten Signals beeinflusst die biologische Reaktion der Pflanze mehr? Nach Meinung der Forscher hat das digitale Informationssignal die spezifischeren biologischen Wirkungen und ist damit möglicherweise schädlicher. Weitere Experimente sollten die biochemischen Ursachen klären. Die Entwicklung in Richtung 5G und 6G mit ihrer steigenden Strahlungsenergie für die ausgedehnte Bandbreite bedeutet mehr Besorgnis in Bezug auf die Wirkung der nicht-ionisierenden Strahlung auf biologische Systeme. (IW)