Fressspuren auf fossilen Blättern helfen Forschern dabei, Faktoren zu identifizieren, die zu einer enormen Vielfalt an Pflanzenfressern führen

Forscher des Hessischen Landesmuseums Darmstadt und des Senckenberg Biodiversitäts- und Klimaforschungszentrums Frankfurt haben die Faktoren aufgedeckt, die die enorme Vielfalt pflanzenfressender Insekten bestimmen.

In ihrer Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift PNASSie zeigen, dass sich die Vielfalt pflanzenfressender Insekten in den letzten 60 Millionen Jahren vor allem durch die gemeinsame Nutzung von Nahrungspflanzen entwickelt hat. Die Ergebnisse basieren auf der Analyse von Fraßspuren, die Arthropoden auf mehr als 45.000 fossilen Blättern hinterlassen haben.

Pflanzenfressende Insekten sind die vielfältigste Gruppe vielzelliger Organismen auf der Erde. Auch die Vielfalt ihrer Mundwerkzeuge und Fressgewohnheiten zeugen von einem hohen Grad an Diversität: Es gibt zum Beispiel Raupen oder Käfer, die mit ihren kräftigen kieferartigen Mundwerkzeugen Blätter zerkauen, Wanzen und Blattläuse, die Pflanzen durchbohren, um an deren Saft zu gelangen, oder Tiere, die Pflanzen dazu anregen, Gallen zu bilden – ein übermäßiges Gewebewachstum –, in dem sie sich geschützt vor Feinden entwickeln und ernähren können.

„Die Fressspuren solcher Insekten sind auch auf fossilen Blättern deutlich sichtbar. Sie können uns helfen, die Faktoren zu identifizieren, die zu der enormen Vielfalt pflanzenfressender Insekten geführt haben“, erklärt Dr. Jörg Albrecht vom Senckenberg Biodiversitäts- und Klimaforschungszentrum in Frankfurt.

Albrecht hat zusammen mit Prof. Dr. Torsten Wappler vom Hessischen Landesmuseum Darmstadt und anderen Senckenberg-Forschern insgesamt 47.064 fossile Blätter von 436 Pflanzenarten aus 16 Fundorten in Mitteleuropa, Island und Norwegen klassifiziert und auf Nahrungsspuren untersucht von Insekten hinterlassen.

„Die von uns untersuchten Fossilien decken fast das gesamte Känozoikum ab, also den Zeitraum zwischen 66 und zwei Millionen Jahren vor der Gegenwart. Darüber hinaus stammen die versteinerten Blätter aus verschiedenen Klimazonen – von subtropisch über ozeanisch bis hin zu feucht kontinental“, erklärt Wappler.

Das Forscherteam untersuchte jedes gut erhaltene fossile Blatt auf Anzeichen der Nahrungsaufnahme durch Insekten. Mehr als ein Fünftel der untersuchten Blätter wiesen entsprechende Spuren auf.

„Anhand dieser Daten können wir zeigen, dass Nahrungspflanzen bereits in der frühen Erdgeschichte von einer Vielzahl pflanzenfressender Insekten genutzt wurden. Darüber hinaus zeigt die detaillierte Auswertung der Nahrungsspuren, dass die gemeinsame Nutzung einer Pflanzenart durch verschiedene Gruppen pflanzenfressender Insekten erfolgt „Sie trugen doppelt so viel zu ihrer funktionellen Vielfalt – was ihre Ernährungsweise angeht – bei wie die Artenvielfalt der Nahrungspflanzen selbst“, sagt Albrecht.

Die Ergebnisse liefern somit neue Einblicke in den Ursprung der Insektenvielfalt und zeigen, dass das gemeinsame Vorkommen vieler spezialisierter Insektenarten auf derselben Pflanzenart der Hauptfaktor für die funktionelle Vielfalt pflanzenfressender Insekten ist, so die Autoren.

Albrecht fügt hinzu: „Wenn sich verschiedene Insektenarten eine Nahrungspflanzenart teilen, müssen sie auch ihre Ernährung und ihren Fressmodus anpassen, um eine direkte Konkurrenz zueinander zu vermeiden. Dies führte über Millionen von Jahren zur Entstehung einer unglaublichen Vielfalt an Mundwerkzeugen letztendlich Arten.“ Die Ergebnisse der Studie spiegeln sich in den heutigen tropischen Wäldern wider, in denen sich die meisten pflanzenfressenden Insektenarten auf bestimmte Pflanzenfamilien spezialisiert haben, die wiederum Nahrung für eine Vielzahl von Insektenarten bieten.

„Unsere Studie betont, dass der Fossilienbestand genutzt werden kann, um grundlegende Theorien über den Ursprung der Artenvielfalt zu testen. Die Ergebnisse unserer Studie sind auch ein wichtiger Maßstab für die Identifizierung der Faktoren, die die Vielfalt pflanzenfressender Insekten in heutigen Ökosystemen bestimmen“, schließt Wappler.