Wie Flachspflanzen und ihre Bestäuber die Vielfalt in mediterranen Ökosystemen fördern
Die biologische Vielfalt ist ein Beweis für die Fähigkeit des Lebens, sich inmitten globaler Veränderungen anzupassen und weiterzuentwickeln. Eine wichtige Triebkraft hinter der biologischen Vielfalt ist die Evolution von Organismen durch natürliche Selektion, die von anderen Organismen ausgeht. Diese Dynamik ist beispielsweise in der Beziehung zwischen Blumen und ihren Bestäubern ersichtlich. Entscheidend für diese Interaktion ist, wie gut die reproduktiven Teile der Bedecktsamer mit der Form und Größe ihrer Bestäuber übereinstimmen, um eine erfolgreiche Interaktion zu begünstigen. In einer Studie, die zeigen soll, wie die Fortpflanzungseigenschaften von Blüten und Bestäubern zusammenwirken, um die biologische Vielfalt in mediterranen Ökosystemen zu erhalten, wurde im Rahmen des Projekts FLAXMATE die Flachspflanze als Modell verwendet, da sie in diesen Ökosystemen eine bemerkenswerte Vielfalt aufweist. Das Projekt wurde über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanziert.
Neue Erkenntnisse über Faktoren, die Bestäuberinteraktionen beeinflussen und die Fremdbestäubung fördern
Durch umfangreiche Feldforschung in Südafrika und Europa konnten die Forscher Bestäuberarten der Flachspflanzen identifizieren. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Bestäubungssystem einer Art die Evolution ihres Paarungsphänotyps erheblich beeinfluss“, sagt Projektkoordinator Juan Arroyo. Bei den Bedecktsamern zeigten ähnliche Analysen, dass die Heterostylie und die damit zusammenhängenden Stillängen-Polymorphismen – bei denen die Höhe der männlichen (Staubgefäße) und weiblichen (Stempel) Fortpflanzungsorgane der Blüten für die Förderung der Fremdbestäubung reziprok ist – mit bestimmten Blütenmerkmalen und dem Verhalten der Bestäuber in Verbindung stehen. „Diese wirken zusammen, um die präzise Übertragung der Pollen auf den Körper des Bestäubers zu verbessern“, merkt Arroyo an. „Durch eine vergleichende Analyse aller Bedecktsamer haben wir herausgefunden, dass solche Blütenpolymorphismen bei diesen viel weiter verbreitet sind als frühere Studien gezeigt hatten. Diese Ergebnisse bestätigen auch die darwinistische Hypothese, dass Bestäuber in der Lage sind, mit spezifischen Stilvariationen (Unterschiede in den reproduktiven Blütenstrukturen) zu interagieren, was die Effizienz der Fremdbestäubung erhöht“, ergänzt Arroyo.
Neue Hinweise auf Bestäubungsmechanismen
Frühere Erkenntnisse über das Bestäuberverhalten bei Bedecktsamern deuten auch darauf hin, dass die Struktur und die Merkmale der Blüte, die von der Heterostylie beeinflusst werden, bestimmen, wie der Pollen auf bestimmten Körperteilen des Bestäubers abgelagert wird. Dies maximiert die Chancen, dass der Pollen tatsächlich auf eine andere Blüte derselben Art übertragen wird, wodurch die Effizienz der Fremdbestäubung verbessert wird. Um die Interaktion zwischen Flachs und seinen Bestäubern besser zu verstehen, führte das Team Experimente durch, bei denen Quantenpunkte als Pollenmarkierungen dienten. Diese Experimente haben bestätigt, dass die Pollenkörner an ganz bestimmten Körperteilen der Bestäuber abgelagert werden, die den Paarungsphänotypen der Blüten entsprechen. Es wurden auch neue quantitative Messgrößen entwickelt, um die Bestäubungsgenauigkeit von Populationen mit unterschiedlichen Paarungsphänotypen bewerten zu können.
Untersuchung der Bestimmungsfaktoren im Hinblick auf die Vielfalt und Evolution des Flachses
Vergleichende Analysen haben gezeigt, dass Bestäubungssysteme die Entwicklung von Paarungsmerkmalen stark beeinflussen. Diese Merkmale haben jedoch keinen direkten Einfluss auf die Vielfältigkeit der Flachspflanze Klade(öffnet in neuem Fenster). Um ihr Verständnis der Blütenvielfalt zu vertiefen, führten die Forscher geometrisch-morphometrische Analysen zur quantitativen Bewertung der Paarungsphänotypen bei Flachsarten durch. Außerdem wurde eine HybSeq(öffnet in neuem Fenster) Phylogenie für gelbe Flachsarten entwickelt, indem gleichzeitig Daten von nuklearen Genen mit niedrigem Kopienanteil und genomischen Zielen mit hohem Kopienanteil erfasst wurden. Dieser Ansatz brachte Fortschritte in den Studien zur Phylogenomik und ermöglichte Einblicke in evolutionäre Beziehungen. Die Forscher untersuchten den Grund für die wiederholte Herausbildung von Blütenstil-Polymorphismen bei Flachsarten – ein Schlüsselmerkmal, das ihre Paarungssysteme prägt. Darüber hinaus beschäftigte sich das Team mit der Frage, wie sich die geografische Verteilung auf die Diversifizierungsraten der Flachsarten auswirkt. „Unsere Forschungsarbeit liefert Erkenntnisse im Hinblick auf die Bewältigung des anhaltenden Rückgangs und der Veränderung der Bestäuberpopulationen sowie Hinweise auf die erforderliche Gestaltung der europäischen Umweltpolitik. Da der Mittelmeerraum die meisten Flachsarten beherbergt, bieten die Ergebnisse hinsichtlich der Züchtungs- und Paarungssysteme letztendlich auch wertvolle Instrumente für künftige Pflanzenzuchtprogramme“, schließt Arroyo.
