Pflanzen und die Tiere, die sie fressen, haben sich auf faszinierende Weise gemeinsam entwickelt und ein dynamisches Wechselspiel von Überlebensstrategien geschaffen. Viele Pflanzen haben physikalische und chemische Abwehrmechanismen entwickelt, um Pflanzenfresser abzuwehren. Eine bekannte Strategie bei Blütenpflanzen besteht darin, Nektar zu produzieren, um „Ameisen-Leibwächter“ anzulocken. Neuere Forschungen untersuchen die Entwicklung dieser gleichen Abwehrstrategie bei Farnen.
Jacob Suissa, Assistenzprofessor an der University of Tennessee Knoxville, leitete die Studie in Zusammenarbeit mit der Farnexpertin Fay-Wei Li vom Boyce Thompson Institute und der Ameisenexpertin Corrie Moreau von der Cornell University.
Die Studie, die vor kurzem veröffentlicht In Naturkommunikationergab, dass Farne und Blütenpflanzen etwa zur gleichen Zeit in der Kreidezeit unabhängig voneinander Nektarien entwickelten, spezialisierte Strukturen, die zuckerhaltige Belohnungen absondern, um Ameisen als Leibwächter anzulocken. Diese Entdeckung ist bedeutsam, da sie darauf schließen lässt, dass ähnliche evolutionäre Dynamiken die Entwicklung von Ameisen-Pflanzen-Mutualismen in diesen beiden unterschiedlichen Linien geprägt haben, die mehr als 400 Millionen Jahre auseinander liegen.
„Unsere Forschung beleuchtet ein faszinierendes Beispiel konvergenter Evolution, bei der Farne und Blütenpflanzen unabhängig voneinander ähnliche Strategien zur Selbstverteidigung gegen Raubtiere entwickelten, indem sie Ameisenverteidiger mit Nektarien rekrutierten“, sagte Suissa.
Durch die Integration phylogenetischer Daten und vergleichender Analysen entdeckte das Forschungsteam, dass Nektarien gleichzeitig in Farnen und Angiospermen entstanden, Farne jedoch im Vergleich zu ihren Gegenstücken unter den Blütenpflanzen eine erhebliche Verzögerung bei der Diversifizierung aufwiesen. Die Studie ergab auch, dass Farne wahrscheinlich sekundär Ameisenverteidiger rekrutierten, indem sie beim Übergang vom Waldboden in die Baumkronen auf bereits bestehende Ameisen-Angiospermen-Beziehungen zurückgriffen.
„Die Evolutionsgeschichte der Nektarienfarne veranschaulicht nicht nur die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen und Insekten – Beziehungen, die bisher unterschätzt wurden –, sondern unterstreicht auch die Fähigkeit der Farne, sich an ökologische Herausforderungen anzupassen“, erklärt Suissa.
Die Forschung bietet neue Einblicke in die evolutionären Dynamiken, die die Interaktionen zwischen Pflanzen und Tieren prägen. Indem sie verstehen, wie Farne und Blütenpflanzen unabhängig voneinander ähnliche Abwehrmechanismen entwickelten, können Wissenschaftler die zugrunde liegenden Prinzipien der Artenvielfalt und der Funktion von Ökosystemen besser verstehen. Diese Studie eröffnet neue Wege zur Erforschung der Evolutionsgeschichte anderer Pflanzenmerkmale und ihrer ökologischen Auswirkungen und unterstreicht die Bedeutung mutualistischer Beziehungen in der Natur.
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Jacob S. Suissa et al., Konvergente Evolution von Farnnektarien erleichterte die unabhängige Rekrutierung von Ameisen-Leibwächtern aus Blütenpflanzen, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48646-x