Eine experimentelle Studie ergab, dass ohne Hummeln eine blühende Pflanze, die sich selbst bestäuben kann, innerhalb von nur neun Generationen eine erhebliche genetische Variation verloren hat.
Eine Gruppe von „selbstbefruchtenden“ Monkeyflower-Pflanzen verlor 13 % bis 24 % ihrer genetischen Variation im Vergleich zu einer anderen Gruppe, die durch Hummeln vermehrt wurde. Dieser Verlust könnte die Pflanzen ihrer Fähigkeit berauben, sich an Umweltherausforderungen anzupassen, so die in der Zeitschrift veröffentlichte Studie Evolution. Angesichts des Rückgangs der Bienenpopulationen in der Natur weisen die Ergebnisse auf ernsthafte Probleme für Wildpflanzen und Nutzpflanzen hin, die auf diese Bestäuber angewiesen sind.
„Wir haben festgestellt, dass es in sehr kurzer Zeit große Auswirkungen auf die Genome der Pflanzen gab, als sie sich selbst befallen mussten“, sagte Jeremiah Busch, Evolutionsbiologe der Washington State University und Hauptautor der Studie.
Bestäuber wie Bienen sind an sich wichtig für die Biodiversität, fügte Busch hinzu, aber die Studie zeigt, dass ihr Rückgang auch potenziell verheerende Auswirkungen auf Pflanzen haben wird, und zwar schnell.
„Wenn Bestäuber verloren gehen, wird das nicht nur ein Problem für die Bestäuber sein: Pflanzenpopulationen werden in Dutzenden von Generationen an genetischer Variation verlieren – nicht Tausenden, sondern Dutzenden“, sagte Busch.
Während Wissenschaftler wussten, dass die Übernahme der Selbstbestäubung das langfristige Überleben einer Pflanzenart gefährden kann, wussten sie nicht genau, wie das genetisch funktioniert oder wie schnell.
Buschs Kollegen richteten ein kontrolliertes Gewächshausexperiment mit gelben Affenblumenpflanzen ein, einer im Westen der USA verbreiteten Wildblume, bei der eine Gruppe von Pflanzen von ihren Hummelbestäubern isoliert wurde. Zuerst produzierten die Nicht-Bienen-Pflanzen nur wenige Samen, dann produzierten sie viele, als sie sich an die Selbstbestäubung anpassten. Die Blüten veränderten sich auch mit ihren männlichen und weiblichen Fortpflanzungsteilen, den Spitzen ihrer Staubblätter und Stempel, und rückten näher zusammen, um die Übertragung von Pollen zu erleichtern.
Während sich die selbstbefruchtenden Pflanzen weiter reproduzierten, verloren sie im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, die von Hummeln besucht wurde, genetische Variation.
Anpassung ist der Schlüssel zur Erklärung dieser überraschenden Rückgänge, sagte Busch. In selbstsüchtigen Populationen breitet sich ein bevorzugter Genotyp aus, wenn er einen Vorteil hat, aber auch alle anderen Mutationen, die er trägt, einfach weil sie das Glück haben, im Genom dieser Pflanze zu wohnen. Dieses Phänomen des „genetischen Trampens“ ist viel weniger ausgeprägt, wenn Bienen Pflanzen besuchen, da die Nachkommen eine Mischung aus der genetischen Variabilität ihrer Eltern sind.
„Starke Inzucht hat die Folgen der Anpassung grundlegend verändert“, sagte er.
Zukünftige Forschungen sollten Pflanzen über einen längeren Zeitraum verfolgen, um zu sehen, ob und wann der Verlust der genetischen Variation zum Zusammenbruch der Population führt, sagte Busch.
„Ein wirklich wichtiger nächster Schritt besteht darin, zu sehen, wie schnell die Überlebensfähigkeit hochgradig durch Inzucht geprägter Gruppen im Laufe der Zeit abnimmt – um zu wissen, wie schnell diese Populationen aussterben werden“, sagte er. „Wir müssen wirklich verstehen, welche Folgen der Verlust von Bestäubern hat. Es wird für wilde Populationen von Pflanzen und Nutzpflanzen von Bedeutung sein. Viele Nutzpflanzen sind von Bienen abhängig.“
Jeremiah W. Busch et al, Der Verlust von Bestäubern verursacht eine schnelle adaptive Evolution der Selbstbefruchtung und reduziert die genomweite genetische Variabilität dramatisch, Evolution (2022). DOI: 10.1111/evo.14572