Das Geheimnis hinter spektakulären Blüten in der trockensten Wüste der Welt

Die Atacama-Wüste, die sich über rund 1.600 km entlang der Westküste des südamerikanischen Kegels erstreckt, ist der trockenste Ort der Erde. Einige Wetterstationen dort haben während ihres gesamten Bestehens noch nie Niederschlag registriert. Aber es ist alles andere als karg: Hier leben viele Arten, die nirgendwo sonst vorkommen, angepasst an seine extremen Bedingungen.

Und etwa alle 5 bis 10 Jahre, von September bis Mitte November, beherbergt die Atacama eine der spektakulärsten Sehenswürdigkeiten der Natur: die „desierto florido“ (wörtlich „blühende Wüste“). Diese Massenblüten, von denen eine derzeit in der nördlichen Atacama nach reichlichen Regenfällen Anfang dieses Jahres stattfindet, ziehen oft die Aufmerksamkeit der Medien aus der ganzen Welt auf sich.

Aber welche physiologischen und evolutionären Mechanismen ermöglichen die große Vielfalt an Farben, Formen und visuellen Mustern von Blumen während des Desiertos floridos? Und wie nehmen Bestäuber – in der Atacama hauptsächlich Hautflügler wie einsame Wespen und Bienen – zu deren Nutzen sich diese visuelle Extravaganz entwickelt hat, all diese Variationen wahr? Das ist das Thema einer neuen Studie in Grenzen in Ökologie und Evolution.

„Unser Ziel war es, die ökologischen und evolutionären Mechanismen zu beleuchten, die die biologische Vielfalt in extremen Umgebungen wie der Atacama-Wüste verursachen“, sagte Erstautor Dr. Jaime Martínez-Harms, Forscher am Institut für Agrarforschung in La Cruz, Chile.

„Hier zeigen wir, dass Blüten der Miezepfote Cistanthe longiscapa, einer repräsentativen Art für Desiertos floridos in der Atacama-Wüste, sehr variabel in Farbe und Muster sind, die sie Bestäubern präsentieren. Diese Variabilität resultiert wahrscheinlich aus verschiedenen sogenannten ‚Betalain‘-Pigmenten in die Blütenblätter.“

Modellarten

Martínez-Harms und Kollegen untersuchten ein Desierto-Florido-Ereignis Ende 2021 in der Nähe der Stadt Caldera im Norden Chiles. Obwohl es kleiner war als das derzeit stattfindende Ereignis, war es für Satelliten deutlich sichtbar.

Eine vorherrschende Art war C. longiscapa (Familie Montiaceae), eine einjährige Pflanze mit einer Höhe von bis zu 20 cm, die in zwei unterschiedlichen Flecken mit einem Durchmesser von mehreren zehn Kilometern blühte. Diese Flecken bestanden aus – für das menschliche Auge – gleichmäßig violetten und gelben Blüten. Zwischen ihnen wuchsen zahlreiche intermediäre (dh rötliche, rosafarbene und weiße) Blüten der gleichen Art, was stark darauf hindeutet, dass die violetten und gelben Morphen erbliche Varianten sind, die sich kreuzen können.

Blumen visualisieren, wie Insekten sie sehen

Insekten mit ihren Facettenaugen und unterschiedlichen Empfindlichkeiten sehen die Welt ganz anders als wir. Beispielsweise haben die meisten Hautflügler drei Arten von Photorezeptoren, die maximal empfindlich auf UV, Blau und Grün reagieren.

Martinez-Harms et al. verwendeten für sichtbares Licht und UV empfindliche Kameras und Spektrometer, um die Reflexion, Absorption und Transmission verschiedener Wellenlängen durch die Blütenblätter von insgesamt 110 violetten, gelben, roten, rosa und weißen C. longiscapa-Blüten zu messen. Dies ermöglichte es ihnen, zusammengesetzte Bilder dieser Varianten zu erstellen, wie sie von ihren vielen Bestäuberarten gesehen werden.

Vielfalt vor menschlichen Augen verborgen

Die Ergebnisse zeigen, dass gerade innerhalb dieser einen Pflanzenart die für Bestäuber wahrnehmbare Vielfalt größer war als für uns. Zum Beispiel können Hautflügler, genau wie wir, leicht zwischen roten, violetten, weißen und gelben Varianten unterscheiden. Sie können aber auch zwischen Blumen mit hoher und niedriger UV-Reflexion bei gelben und violetten Blumen unterscheiden. Ein UV-„Bullseye-Muster“ im Herzen einiger Blüten, das Bestäuber zu Nektar und Pollen führt, ist für uns unsichtbar.

Eine Ausnahme bilden UV-reflektierende rosa und rötliche C. longiscapa, die sich vom menschlichen Auge deutlich unterscheiden, aber wahrscheinlich Hautflüglern ähnlich erscheinen.

Diese visuelle Vielfalt der C. longiscapa-Blüten ist wahrscheinlich hauptsächlich auf Unterschiede zwischen Betalainen zurückzuführen – gelbe, orange und violette Pigmente, die ein typisches Merkmal der Pflanzenordnung Caryophyllales sind, zu der die Pussypaws gehören. Betalaine verleihen Blumen nicht nur Farbe: Sie schützen auch vor Trockenheit, Salzstress und Schäden durch reaktive Sauerstoffradikale unter Umweltstress – Eigenschaften, die in Wüsten sehr vorteilhaft sind.

Bestäuber treiben die Auswahl für neue Varianten voran

Die Autoren stellten die Hypothese auf, dass die beobachtete Artenvielfalt innerhalb der C. longiscapa-Blüten von Unterschieden in der Empfindlichkeit und Vorliebe für verschiedene Farben und Muster bei vielen Bestäuberarten angetrieben wird: ein evolutionäres Experiment, das gerade läuft und unserem Augenlicht größtenteils entgeht.

„Die große Variation in der Blütenfarbe innerhalb von C. longiscapa kann erklärt werden, wenn verschiedene Arten von bestäubenden Insekten durch ihre Präferenz für bestimmte Blütenfarben und -muster dazu führen könnten, dass diese Varianten reproduktiv von anderen Individuen derselben Pflanzenart isoliert werden. Dies dauert an könnte letztlich zur Entstehung neuer Rassen oder Arten führen“, sagte Martínez-Harms.

„In unseren nächsten Studien werden wir die chemische Identität und die biologischen Synthesewege von Betalainen und anderen Blütenfarbstoffen sowie ihre Beziehung zu Merkmalen wie den von den Blüten produzierten Düften weiter untersuchen. Dies sollte uns helfen, ihre Rolle zu verstehen Interaktionen zwischen Pflanzen und ihren Bestäubern sowie die Toleranz der Pflanzen gegenüber biotischen und abiotischen Stressoren unter schwankenden Klimabedingungen“, sagte Martínez-Harms.