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Schadinsekten beeinflussen die Sexualität von Blüten

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16.08.2022 | Gottardo Pestalozzi | News WSL 

 

Blüten sind sexuelle Strukturen von Pflanzen, von denen man normalerweise annimmt, dass sie sich im Einklang mit ihren gegenseitigen Bestäubern wie Bienen, Schmetterlingen und Honigvögeln entwickelt haben. Eine neue Studie unter Beteiligung der Eidg. Forschungsanstalt WSL zeigt jedoch, dass pflanzenfressende Insekten eine zentrale Rolle spielen.

 

In einem kürzlich in der Fachzeitschrift Ecology Letters veröffentlichtem Artikel weisen Forschende nach, dass die Sexualität der Blüten von den Pflanzenfressern wie blatt-, stängel- und wurzelfressenden Heuschrecken, Käfern und Raupen gesteuert wird. Das Forscherteam fand heraus, dass Pflanzenarten, die von mehr Insektenfressern angegriffen werden, männlichere Blüten haben, ein Indikator für ihre größere Investition in genetisch vielfältige Nachkommen. Dieses Ergebnis ist kein zufälliger Befund, sondern wurde von der Red-Queen-Hypothese vorhergesagt, einer Theorie, die die Existenz von Sex erklären soll.

 

Die Hypothese

Die Red-Queen-Hypothese wurde vorgeschlagen, um ein wichtiges Geheimnis zu erklären, das die Darwinsche Theorie herausfordert. Diese Theorie besagt, dass in der Evolution diejenigen Individuen gewinnen, die mehr Gene an die nächste Generation weitergeben. Sexuelle Individuen geben jedoch nur 50 % ihrer Gene an jeden Sohn und jede Tochter weiter, während ungeschlechtliche Individuen sich fortpflanzen, indem sie Kopien von sich selbst erstellen und somit 100 % ihrer Gene weitergeben. Daher könnten ungeschlechtliche Individuen die geschlechtlichen im evolutionären Wettlauf schnell überflügeln. Dem widerspricht jedoch die Tatsache, dass die meisten Tiere und Pflanzen sich auf sexuelle Weise fortpflanzen, obwohl auch asexuelle Arten bekannt sind. Es wurde daher postuliert, dass Sex große Vorteile bringen sollte, um diesen anfänglichen zweifachen genetischen Nachteil auszugleichen.

Die Red-Queen-Hypothese besagt, dass Sex eine Waffe ist, die von Wirtsarten eingesetzt wird, um im Wettrüsten gegen ihre Parasiten die Oberhand zu behalten. Wenn sich sexuelle Organismen fortpflanzen, bringen sie nämlich Nachkommen hervor, die einzigartige Kombinationen von Abwehrstoffen gegen Parasiten enthalten, wodurch die Angriffswaffen der Parasiten weniger wirksam sind. Im Gegensatz dazu wird das Verteidigungsarsenal ungeschlechtlicher Organismen praktisch unverändert von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben. So können Parasiten nach einigen Generationen lernen, wie sie ihr Abwehrarsenal entschärfen können. Nach der Red-Queen-Hypothese sind die Nachkommen sexueller Individuen daher wesentlich besser geschützt als die von asexuellen Individuen.

 

Pflanzenfresser beeinflussen Blüten

Um die Theorie zu überprüfen, sammelte ein Teil der Forscher Blüten von 141 deutschen Arten aus verschiedenen Umgebungen, darunter Grasland, gemäßigte Wälder und alpine Vegetation. Im Labor wogen die Forscher das männliche und das weibliche Organ der Blüten, die für die Produktion von Pollen bzw. Eizellen zuständig sind. Anschließend berechneten sie die Männlichkeit der Blüte, ein Verhältnis aus dem Gewicht des männlichen Organs geteilt durch das Gewicht beider Geschlechtsorgane. Im Allgemeinen neigen Pflanzenarten, die mehr in das weibliche als in das männliche Organ investieren, zur Selbstbefruchtung und produzieren Samen mit geringerer genetischer Vielfalt. Im Gegensatz dazu neigen Arten, die mehr in das männliche als in das weibliche Organ investieren, zur Auskreuzung, wodurch Samen mit höherer genetischer Vielfalt entstehen.  

Ein anderer Teil des Forschungsteams ging in die Bibliothek und ins Internet, um in einer umfangreichen Untersuchung abzuschätzen, wie viele Insektenarten jede einzelne Pflanzenart fressen. Angeleitet wurde dies von Martin Gossner, Gruppenleiter bei der Eidg. Forschungsanstalt WSL und ausserordentlicher Professor der ETH Zürich. Diese Untersuchung war nur dank des Wissens möglich, das sich in mehreren Jahrhunderten naturkundlicher Forschung in Deutschland angesammelt hatte. "Durch die Kombination der beiden unabhängigen Datensätze konnten wir nachweisen, dass die Männlichkeit der Blüten positiv mit der Anzahl der Insekten-Herbivoren und der Vielfalt ihrer Ernährungsweisen verbunden ist. Diese eindeutigen und robusten Zusammenhänge haben uns verblüfft", sagt Martin Gossner.

"Die Tatsache, dass Insektenfresser die Sexualität der Blüten beeinflussen, ist ein außergewöhnlicher Befund, der die Red-Queen-Hypothese stark unterstützt. Dies unterstreicht die Bedeutung des Erhalts der genetischen Vielfalt für unsere Nahrungspflanzen und die Gefahr der Verringerung der Populationen der Wildtiere. Ohne genetische Vielfalt sind alle Arten durch ihre Parasiten bedroht", sagt Carlos Roberto Fonseca von der brasilianischen Universität Rio Grande do Norte. "In einer Zeit, in der die Menschheit von vielen Viren und Bakterien bedroht ist, erinnert uns die Rote Königin daran, dass wir dankbar sein sollten für unser multiethnisches Erbe, das uns eine natürliche Resistenz gegen unsere Parasiten verleiht und für unser langfristiges Überleben von entscheidender Bedeutung ist", so der Forscher abschließend.

 

  

 

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