Wissenschaft

Larven und Käfer des Maiglöckchenhähnchens fressen an Blättern von Lilien- und Lauchgewächsen. (Foto: Martin Gossner)

12.09.2022

Schadinsekten beeinflussen Sex von Blüten

Erkenntnis unterstreicht die Bedeutung des Erhalts der genetischen Vielfalt

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 Technischen Universität München zeigt jedoch, dass pflanzenfressende Insekten eine zentrale Rolle spielen. So weisen die Forschenden nach, dass die Sexualität der Blüten von Pflanzenfressern wie blatt-, stängel- und wurzelfressenden Heuschrecken, Käfern und Raupen gesteuert wird. „Wir zeigen in der Arbeit, dass die sexuelle Evolution von Blüten durch sogenannte herbivore Insekten beeinflusst wird. Das ist so eine Art Wettrüsten zwischen Pflanze und Tier, bei dem möglichst viel Fremdbestäubung der Pflanze einen Vorteil verschafft – weil dies zu höherer genetischer Variabilität führt. In der Evolutionstheorie nennt man das die Red Queen Hypothesis“, sagt Johannes Kollmann, Professor für Renaturierungsökologie an der TU München.

Die Rote Königin aus Lewis Carrolls Roman Alice hinter den Spiegeln gab der Hypothese ihren Namen. In dieser Geschichte sagte die Rote Königin zu Alice: „Hierzulande musst du so schnell rennen, wie du kannst, wenn du am gleichen Fleck bleiben willst.“ Die Hypothese beschreibt, dass Organismen einem stetigen evolutionären Druck ausgesetzt sind. Deshalb müssen sie sich kontinuierlich weiterentwickeln, um nicht als benachteiligte Lebensformen ausselektiert zu werden.

 

Namensgeber war die Rote Königin von Lewis Carroll


Die Red-Queen-Hypothese soll den Vorteil der aus evolutionsbiologischer Sicht wenig effektiven sexuellen Fortpflanzung und das ständige „Wettrüsten“ konkurrierender Organismen (Parasit-Wirt, Beute-Jäger) erklären. Wenn sich geschlechtliche Organismen fortpflanzen, bringen sie 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 von Individuen, die sich sexuell fortpflanzen, daher wesentlich besser geschützt als die von asexuellen Individuen.

Um die Theorie zu überprüfen, sammelten die Wissenschaftler*innen Blüten von 141 deutschen Pflanzenarten aus verschiedenen Umgebungen, darunter Grasland, gemäßigte Wälder und alpine Vegetation. Im Labor wogen die Forschenden das männliche und das weibliche Organ der Blüten, die für die Produktion von Pollen beziehungsweise der 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. Das Forschungsteam fand heraus, dass Pflanzenarten, die von mehr Insekten angegriffen werden, die Sexualität der Blüten beeinflussen. Dies ist ein außergewöhnlicher Befund, der die Red-Queen-Hypothese stark unterstützt. Das unterstreicht die Bedeutung des Erhalts der genetischen Vielfalt für Nahrungspflanzen und die Gefahr der Verringerung der Populationen der Wildtiere. Ohne genetische Vielfalt sind alle Arten durch ihre Parasiten bedroht. In einer Zeit, in der die Menschheit von vielen Viren und Bakterien bedroht ist, erinnert die Rote Königin daran, dass die Menschheit dankbar sein sollte für ihr multiethnisches Erbe, das eine natürliche Resistenz gegen Parasiten verleiht und für das langfristiges Überleben der Spezies Homo sapiens von entscheidender Bedeutung ist. (Katharina Baumeister)

 

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