Morgenrot im Wandel

Pflanzen entwickeln sich ständig weiter, um auf Veränderungen ihrer Umwelt zu reagieren. Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass sich manche Arten dabei möglicherweise in die falsche Richtung entwickeln.

Eine Studie der University of Michigan ergab, dass bei Prunkwinden die Anpassungsrate innerhalb von nur neun Jahren um 96 % zurückging.

Der Grund dafür war nicht ein Mangel an genetischer Vielfalt, sondern möglicherweise ein Zusammenspiel konkurrierender evolutionärer Kräfte, das ihre Fähigkeit zur Anpassung an den Klimawandel einschränkt.

Die Ergebnisse zeigen, wie vom Menschen verursachte Umweltveränderungen unerwartete Herausforderungen für Pflanzen und Ökosysteme schaffen können.

Wenn Überlebensstrategien konkurrieren

Mit steigenden Temperaturen und veränderten Wetterbedingungen müssen Pflanzen häufig Merkmale wie den Blühzeitpunkt anpassen, um unter neuen Bedingungen zu überleben.

Prunkwinden stehen jedoch offenbar noch unter einem weiteren starken Anpassungsdruck: sie müssen zunehmend knappe Bestäuber anlocken.

Die Forscher fanden heraus, dass Merkmale, die Pflanzen dabei helfen, Bestäuber anzulocken, möglicherweise mit Merkmalen in Konflikt geraten, die ihnen die Anpassung an den Klimawandel ermöglichen.

Größere Blüten können die Wahrscheinlichkeit erhöhen, Insekten anzulocken, während eine frühere Blüte Pflanzen dabei helfen kann, sich an höhere Temperaturen und veränderte Niederschlagsmuster anzupassen.

Mit der Zeit wurden diese Eigenschaften in den Prunkwinden-Populationen immer stärker miteinander verknüpft. Dadurch begünstigte die natürliche Selektion zunehmend größere Blüten, was möglicherweise die Fähigkeit der Pflanzen verringerte, ihren Blühzeitpunkt an klimatische Veränderungen anzupassen.

Genetische Vielfalt war nicht das Problem

Eine der überraschendsten Erkenntnisse war, dass die Pflanzen weiterhin über eine große genetische Vielfalt verfügten, die eine evolutionäre Anpassung ermöglichen konnte.

Wissenschaftler gehen häufig davon aus, dass Arten mit hoher genetischer Vielfalt eine größere Anpassungsfähigkeit besitzen, weil sie über mehr potenzielle Merkmale verfügen, auf die die natürliche Selektion einwirken kann.

Die in dieser Studie untersuchten Prunkwinden waren jedoch nicht durch einen Mangel an evolutionären „Ressourcen“ eingeschränkt.

Stattdessen vermuten die Forscher, dass die Pflanzen zunehmend durch die Beziehungen zwischen verschiedenen Merkmalen eingeschränkt wurden. Wenn ein Merkmal die Entwicklung eines anderen beeinflusst, kann dies die möglichen evolutionären Wege einer Population begrenzen.

Die Ergebnisse legen nahe, dass Prunkwinden grundsätzlich weiterhin in der Lage waren, sich weiterzuentwickeln. Gleichzeitig drängten die Umweltbedingungen sie jedoch in Richtung von Merkmalen, die möglicherweise nicht optimal für die Bewältigung eines sich verändernden Klimas sind.

Der Mensch verändert die Evolution

Die Forschung wurde von Sasha Bishop, einer kürzlich promovierten Wissenschaftlerin, gemeinsam mit John Stinchcombe von der University of Toronto und Regina Baucom vom Department of Ecology and Evolutionary Biology der University of Michigan durchgeführt.

Das Team untersuchte Prunkwinden im Rahmen einer umfassenderen Forschungsarbeit darüber, wie menschliche Aktivitäten die evolutionären Entwicklungen wild lebender Arten verändern.

Der Klimawandel ist nur eine von vielen Herausforderungen für Pflanzen. Auch der durch Bebauung verursachte Verlust von Lebensräumen, intensive Landwirtschaft und der weit verbreitete Einsatz von Pestiziden haben zum weltweiten Rückgang von Bestäuberpopulationen beigetragen.

Wissenschaftler gehen seit Langem davon aus, dass sich manche Arten als Reaktion auf Umweltveränderungen schnell weiterentwickeln könnten. Beobachtungen in der Natur zeigen jedoch zunehmend, dass viele Populationen stattdessen zurückgehen oder genetisch weniger vielfältig werden, anstatt sich schnell genug anzupassen.

Evolutionäre Veränderungen messen

Um zu verstehen, wie sich die Prunkwinden veränderten, sammelten die Forscher Samen aus wild lebenden Populationen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten im Abstand von neun Jahren.

Sie zogen die Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen auf und untersuchten mehrere Merkmale, die mit der Anpassung an das Klima und der Anlockung von Bestäubern zusammenhängen.

Dazu gehörten der Zeitpunkt der ersten Blüte, die Blütengröße, der Zuckergehalt des Nektars sowie der Abstand zwischen den pollenproduzierenden Strukturen und den Teilen der Blüte, die den Pollen aufnehmen.

Anschließend berechneten die Forscher die Anpassungsrate der Pflanzen mithilfe einer statistischen Methode namens R, die berücksichtigt, wie mehrere Merkmale einander beeinflussen, anstatt sie isoliert zu analysieren.

Dieser Ansatz half dabei aufzudecken, ob Veränderungen bei einem Merkmal die Entwicklung eines anderen Merkmals einschränkten.

Ein dramatischer Rückgang der Anpassung

Die Analyse zeigte, dass sich die evolutionäre Veränderung in den Prunkwinden-Populationen deutlich verlangsamt hatte.

Bei der früheren Population schätzten die Forscher, dass die Anpassung etwa 76 % der erwarteten Rate erreichte, wenn die Beziehungen zwischen den Merkmalen nicht berücksichtigt wurden. Neun Jahre später war dieser Wert auf ungefähr 9 % gesunken.

Nach Einschätzung der Forscher spielte die zunehmende Verbindung zwischen Blütengröße und Blühzeitpunkt eine wichtige Rolle bei diesem Rückgang. Der Zeitpunkt der Blüte ist besonders wichtig, weil er Pflanzen ermöglicht, auf Veränderungen von Temperatur und Niederschlag zu reagieren.

Die Studie deutet darauf hin, dass der Rückgang von Bestäuberpopulationen die Evolution von Pflanzen auf eine Weise beeinflussen könnte, die ihre Anpassung an den Klimawandel erschwert.

Da sich Ökosysteme weiter verändern, könnte es zunehmend wichtig werden, solche verborgenen evolutionären Konflikte zu verstehen, um die biologische Vielfalt und landwirtschaftliche Systeme zu schützen.