Forscher entdecken, dass Blumen mit anpassbaren Blütenblatt-Designs nach Zahlen Bestäuber anlocken

Blumen wie der Hibiskus verwenden einen unsichtbaren Bauplan, der schon sehr früh bei der Blütenblattbildung erstellt wird und die Größe ihrer Zielscheiben vorgibt – ein entscheidendes Vormuster, das ihre Fähigkeit, bestäubende Bienen anzulocken, erheblich beeinflussen kann.

Die Studie von Forschern des Sainsbury Laboratory der Universität Cambridge ergab auch, dass Bienen größere Zielscheiben kleineren vorziehen und 25 % schneller zwischen künstlichen Blütenscheiben mit größeren Zielscheiben fliegen – was möglicherweise die Effizienz sowohl für Bienen als auch für Blüten steigert. Die Ergebnisse sind veröffentlicht In Wissenschaftliche Fortschritte.

Muster auf den Blüten von Pflanzen leiten Insekten wie Bienen in die Mitte der Blüte, wo Nektar und Pollen auf sie warten und so die Chancen der Pflanze auf eine erfolgreiche Bestäubung erhöhen. Trotz ihrer Bedeutung weiß man überraschend wenig darüber, wie diese Blütenblattmuster entstehen und wie sie sich zu der großen Vielfalt entwickelt haben, die wir heute sehen, darunter Flecken, Streifen, Adern und Kreise.

Anhand einer kleinen Hibiskuspflanze als Modell verglichen die Forscher eng verwandte Pflanzen mit gleicher Blütengröße, aber drei unterschiedlich großen Bullseye-Mustern mit einer dunkelvioletten Mitte, umgeben von Weiß – H. richardsonii (kleines Bullseye, das 4 % der Blütenscheibe bedeckt), H. trionum (mittleres Bullseye, das 16 % bedeckt) und eine transgene Linie (Mutation) von H. trionum (großes Bullseye, das 36 % bedeckt).

Sie fanden heraus, dass sich bereits sehr früh im Entstehungsprozess der Blüte ein Vormuster auf der Blütenblattoberfläche bildet, lange bevor das Blütenblatt eine sichtbare Farbe zeigt. Das Blütenblatt wirkt wie eine Leinwand, auf der verschiedene Bereiche bestimmte Farben und Texturen entwickeln, lange bevor sie anfangen, sich voneinander zu unterscheiden.

Die Forschung zeigt auch, dass Pflanzen die Form und Größe dieser Muster mithilfe mehrerer Mechanismen präzise steuern und verändern können, was möglicherweise Auswirkungen auf die Pflanzenevolution hat. Durch die Feinabstimmung dieser Muster könnten Pflanzen einen Wettbewerbsvorteil im Wettbewerb um Bestäuber erlangen oder vielleicht beginnen, verschiedene Insektenarten anzulocken.

Dr. Edwige Moyroud, die ein Forschungsteam leitet, das die Mechanismen untersucht, die der Musterbildung in Blütenblättern zugrunde liegen, erklärte: „Wenn ein Merkmal durch verschiedene Methoden erzeugt werden kann, gibt es der Evolution mehr Möglichkeiten, es zu modifizieren und Vielfalt zu schaffen, ähnlich wie ein Künstler mit einer großen Palette oder ein Baumeister mit einem umfangreichen Werkzeugsatz. Indem wir untersuchen, wie sich Zielscheibenmuster verändern, versuchen wir wirklich zu verstehen, wie die Natur Artenvielfalt erzeugt.“

Die Hauptautorin Dr. Lucie Riglet untersuchte den Mechanismus hinter der Musterbildung der Hibiskusblütenblätter, indem sie die Blütenblattentwicklung bei drei Hibiskusblüten analysierte, die zwar die gleiche Gesamtgröße, aber unterschiedliche Zielscheibenmuster aufwiesen.

Sie fand heraus, dass das Vormuster als kleiner, halbmondförmiger Bereich beginnt, lange bevor die Zielscheibe auf winzigen, weniger als 0,2 mm großen Blütenblättern sichtbar wird.

Dr. Riglet sagte: „Im frühesten Stadium, das wir sezieren konnten, hatten die Blütenblätter etwa 700 Zellen und waren noch grünlich gefärbt, ohne sichtbares violettes Pigment und ohne Unterschiede in Zellform oder -größe. Als sich das Blütenblatt weiter auf 4.000 Zellen entwickelte, hatte es noch immer kein sichtbares Pigment, aber wir identifizierten einen bestimmten Bereich, in dem die Zellen größer waren als ihre umliegenden Nachbarn. Dies ist das Vormuster.“

Diese Zellen sind wichtig, da sie die Position der Bullseye-Grenze markieren, also die Linie auf dem Blütenblatt, an der die Farbe von Violett zu Weiß wechselt – ohne Grenze gibt es kein Bullseye.

Ein von Dr. Argyris Zardilis entwickeltes Computermodell lieferte weitere Erkenntnisse. Durch die Kombination von Computermodellen und experimentellen Ergebnissen zeigten die Forscher, dass Hibiskus die Abmessungen der Zielscheibe bereits in einem sehr frühen Stadium der Vorstrukturierungsphase variieren oder das Wachstum in beiden Bereichen der Zielscheibe modulieren kann, indem er im späteren Entwicklungsverlauf die Zellexpansion oder -teilung anpasst.

Anschließend verglich Dr. Riglet den relativen Erfolg der Bullseye-Muster beim Anlocken von Bestäubern mithilfe künstlicher Blumenscheiben, die die drei verschiedenen Bullseye-Dimensionen nachahmten.

Dr. Riglet erklärte: „Die Bienen bevorzugten nicht nur die mittleren und größeren Zielscheiben gegenüber der kleinen Zielscheibe, sie besuchten diese größeren Blütenscheiben auch 25 % schneller. Die Nahrungssuche erfordert viel Energie, und wenn eine Biene in derselben Zeit vier statt drei Blüten besuchen kann, ist dies wahrscheinlich sowohl für die Biene als auch für die Pflanzen von Vorteil.“

Die Forscher glauben, dass diese Prä-Musterungsstrategien tiefe evolutionäre Wurzeln haben könnten und möglicherweise die Vielfalt der Blütenmuster bei verschiedenen Arten beeinflussen. Der nächste Schritt für Edwige Moyrouds Forschungsteam besteht darin, die Signale zu identifizieren, die für die Entstehung dieser frühen Muster verantwortlich sind, und zu untersuchen, ob ähnliche Prä-Musterungsmechanismen in anderen Pflanzenorganen wie Blättern verwendet werden.

Diese Forschung trägt nicht nur zu einem besseren Verständnis der Pflanzenbiologie bei, sondern beleuchtet auch die komplexen Zusammenhänge zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt und zeigt, wie präzise natürliche Strukturen eine entscheidende Rolle für das Überleben und die Evolution von Arten spielen können.

So ist beispielsweise H. richardsonii, die von den drei in dieser Studie untersuchten Hibiskuspflanzen die kleinste Rundung hat, eine vom Aussterben bedrohte Pflanze, die in Neuseeland heimisch ist. H. trionum kommt ebenfalls in Neuseeland vor, gilt aber nicht als heimisch. Sie ist in Australien und Europa weit verbreitet und hat sich in Nordamerika zu einer unkrautartigen, eingebürgerten Pflanze entwickelt.

Um festzustellen, ob die größere Zielscheibe H. trionum dabei hilft, mehr Bestäuber anzulocken und seinen Fortpflanzungserfolg zu steigern, bedarf es weiterer Forschung.