Flugprognose: Woher weiß man, welche Pollen gerade unterwegs sind?

Schniefende und niesende Menschen, wo man hinschaut: Die Pollensaison ist im vollen Gang. Wer morgens aus dem Haus geht, kann sich auf verschiedenen Portalen über den aktuellen Pollenflug informieren. Allergiker erfahren dann etwa, dass in den kommenden Tagen Birken- und Platanenpollen fliegen werden und sie können sich darauf besser einstellen. 

Dahinter stehen aufwändige Analysen, bei denen bis heute viel menschliches Wissen und Handwerk gefragt ist. In Wien kommt dazu etwa bis heute die klassische Hirst-Pollenfalle zum Einsatz. "Sie saugt 10 Liter Luft pro Minute ein, die auf ein Klebeband aufgeblasen wird," erklärt Katharina Bastl vom Pollenservice Wien der Medizinischen Universität Wien. 

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Pollen landen in der Falle

Im Inneren der Pollenfalle befindet sich eine Trommel mit Plastikband, die das Pollenservice einmal wöchentlich wechselt. "Durch das Uhrwerk, mit dem die Trommel bewegt wird, können wir die exakte Tageszeit bestimmen. So können wir im Zweistundenintervall auswerten und wissen zum Beispiel, dass Ragweed wieder in der Nacht gekommen ist oder die Birke mittags angefangen hat zu blühen", erklärt Bastl. Die Messstation befindet sich am Dach der Wiener Gerichtsmedizin. 

Im Labor zerschneiden die Pollenforscher das Band in Tagesabschnitte, transferieren diese auf Objektträger und behandeln sie mit einem Mittel, das alle Pflanzenteile pink färbt und gleichzeitig aushärtet. Das Färben ist hilfreich, weil auf dem Band auch andere Teilchen wie Staubkörner kleben. Bastl sieht sich die Streifen dann durch ein Lichtmikroskop mit 400-facher Vergrößerung an, untersucht und zählt jedes der Pollenkörner nach einer standardisierten Methode. So erhalten sie genaue Messdaten. 

Die kommen in ein Computerprogramm. Algorithmen, die etwa auf dem finnischen Silam-Modell für Flugprognosen basieren, berechnen dann den Pollenflug für die nächsten Tage. Das Modell entwickelten Experten ursprünglich nach der Tschernobyl-Katastrophe, um den Flug radioaktiver Teilchen vorherzusagen. Neben den gezählten Pollen fließen dort zahlreiche weitere Daten ein: Etwa zur Vegetation, Windstärke oder Temperatur. Auch der Niederschlag wirkt sich maßgeblich auf den Pollenflug aus. 

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KI analysiert Pollen anhand von Bildern

So viel menschliche Vorarbeit wie in Wien ist nicht mehr überall notwendig. In Bayern ist man bereits einen Schritt weiter und lässt eine KI-Software Pollen zählen und automatisch in das elektronische Polleninformationsnetzwerk (ePIN) einfließen. Apparate namens BAA 500 fertigen von jedem Partikel 6.000 Bilder an, die zusammengesetzt ein hochauflösendes Bild ergeben. "Hier wird die Luft angesaugt und die Pollen werden direkt vom Gerät mikroskopiert", sagt Bastl: "Das, was wir Menschen jetzt am Mikroskop machen, macht das Gerät selbst in seinem Inneren." Eine gleichnamige App informiert die Bevölkerung dann über die aktuelle Situation. 

Der Pilotversuch mit den KI-Automaten sei so erfolgreich, dass das Programm ausgeweitet wird. "Der Deutsche Wetterdienst DWD baut derzeit ein Netzwerk mit diesen Pollenautomaten", erklärt Bastl. "Bis 2027 sollen 16 automatische Pollenmessstellen dazukommen und bis 2028 sollen es insgesamt 30 in ganz Deutschland sein." 

Auch in Luxemburg, Schweden und im Süden Europas laufen erste Tests mit dem Gerät - und die ersten Ergebnisse sind vielversprechend. Pollen sehen nämlich nicht überall gleich aus, sondern können sich regional unterscheiden. Pollenforscher waren daher gespannt, ob die KI die Pollenkörner trotzdem erkennt. "Eine Fragestellung war, ob das Gerät die Erfolgsquote von 90 Prozent bei der korrekten Identifikation in anderen Regionen halten kann", meint Bastl. Erste Ergebnisse zeigten, dass es keine nennenswerten Qualitätsverluste gab.

Pollen- und Sporen-Hologramme

In der Schweiz übernimmt die Pollenmessung eine zentrale Stelle, die MeteoSchweiz. Dort ist bereits ein komplett automatisiertes Netzwerk an KI-Geräten im Einsatz.

Das Schweizer Netzwerk basiert auf einem anderen Gerätetypus, der komplett automatisiert mit Holographie und Laser arbeitet. Das Gerät namens Swisens Poleno bestimmt Aerosole in der Luft zusätzlich durch Fluoreszenzmessungen. Eine KI analysiert holografische Bilder und die Fluoreszenzsignale von allen Teilchen.

"Damit kann man nicht nur organische Partikel, wie Pollen oder Pilzsporen messen, sondern auch anorganische Teilchen," sagt Bastl. Das sei für begleitende meteorologische Analysen interessant.

Das System habe allerdings den Nachteil, dass es bei der Unterscheidung von Pilz- und Pollensporen ohne die Fluoreszenzanalysen an Grenzen stoße. Außerdem sei ein hohes Maß an Programmierkenntnissen nötig. "Für den Standard-Aerobiologen ist es daher nicht das geeignetste Mittel der Wahl", erklärt die Pollenexpertin. 

DNA-Analysen 

Eine weitere Messmethode zur Analyse des Pollenfluges ist die Methode eDNA (Environmental DNA), die derzeit in Entwicklung ist. Damit kann man die gesamte Biodiversität überblicken - darunter auch Pollen von Gräsern, die derzeit auf Artniveau schwer bestimmbar seien.

"Ein Problem ist, dass ein Graspollen immer wie Graspollen ausschaut, egal ob das Pollenkorn vom Knäuelgras am Anfang, vom Schwingel in der Mitte oder vom Wiesenlieschgras am Ende der Graspollensaison stammt", sagt Bastl. Weder Menschen noch KI-Programme können diese Pollen momentan auseinanderhalten. Mit der neuen Methode könne man nun aber auch die DNA der Pollen entschlüsseln, die etwa verraten kann, um welche Arten es sich handle. Im Routine-Einsatz ist das System derzeit noch nicht. 

Kleinteiligkeit als Hürde

In Österreich übernehmen das Pollenzählen derzeit verschiedene Universitäten und einzelne Landesregierungen in Zusammenarbeit mit Universitäten oder teils Privatpersonen, die die Messungen durchführen und die Kosten dafür übernehmen. 

"In der Schweiz war das ähnlich, bis die Pollenmessung komplett von der Wettervorhersage MeteoSchweiz übernommen wurde", sagt die Pollenexpertin. In Österreich würde sich hier die Geosphere Austria, vormals bekannt als ZAMG, als übergeordnete Instanz anbieten, aber eine Zentralisierung zeichne sich derzeit nicht ab. Insgesamt wäre es laut Bastl am sinnvollsten, wenn man, wie in der Meteorologie, eine übergeordnete Behörde für ganz Europa etablieren würde.

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Wie sinnvoll sind Pollen-Apps? 

Die derzeitige uneinheitliche Lage bei der Datenerhebung wirke sich auch auf verschiedene Pollenprognose-Tools aus. Es gibt etwa viele Apps, die versprechen, vorherzusagen, wie die Pollenbelastung an einem bestimmten Tag aussieht. Wie gut diese Apps sind, ist auch von der Datengrundlage abhängig - also wie die Polleninformationen zustande kommen, die dort einfließen. 

"Es gibt Apps, die tatsächlich mit Institutionen zusammenarbeiten, also in Deutschland zum Beispiel mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD)", erklärt Bastl: "Allerdings gibt es auch Apps, die von Unternehmen geführt werden und nur mit Pollenmodellen arbeiten, die frei verfügbar sind und eine unklare Datengrundlage haben. Diese sind nicht immer zuverlässig: Manchmal rechnen Modelle verschiedene Allergene zusammen, wie Birke und Gräser. Oder sie melden Olive, die gar nicht bei uns fliegt, was vollkommener Schwachsinn ist." 

Das Pollenservice Wien der MedUni Wien habe derzeit keine Kooperation mit App-Betreibern. Bastl empfiehlt daher, in jedem Fall offizielle Webseiten von bekannten Pollenservices wissenschaftlicher Institutionen zu besuchen.