Thermogenese ist ein Prozess, bei dem Organismen innere Wärme erzeugen. Obwohl man sie normalerweise mit Tieren in Verbindung bringt, haben auch einige Pflanzen diese Fähigkeit entwickelt. Dieser Stoffwechselprozess ermöglicht es bestimmten Teilen der Pflanze, wie Blüten und Blütenständen, ihre Temperatur über die der Umgebung zu erhöhen.
Heute sind diese Pflanzen, zu denen Palmfarne und einige Angiospermen (Blütenpflanzen) gehören, bei der Bestäubung auf Insekten angewiesen. Die von ihnen erzeugte Wärme hilft dabei, Blütendüfte und andere chemische Verbindungen zu verflüchtigen und zu verteilen, die Insekten wie Käfer und Fliegen anlocken und zu den Pflanzen führen. Darüber hinaus stabilisiert die Thermogenese die Entwicklung der Fortpflanzungsorgane in kaltem Klima und erleichtert das Wachstum von Pollenschläuchen.
Beweise im Fossilienbestand
Obwohl die Thermogenese nicht direkt in Fossilienfunden dokumentiert werden kann, können Wissenschaftler durch die Untersuchung anatomischer Strukturen, die denen heutiger thermogener Pflanzen ähneln, auf ihre Existenz in urzeitlichen Pflanzen schließen.
Eine neue Studie unter der Leitung des Botanischen Instituts von Barcelona (IBB), einem gemeinsamen Zentrum des spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC) und des Consorci Museu Ciències Naturals de Barcelona, in Zusammenarbeit mit der Universität Complutense Madrid und anderen Institutionen wie dem Spanischen Geologischen und Bergbau-Institut (IGME–CSIC), der Smithsonian Institution, der Universität Barcelona und den Royal Botanic Gardens of Sydney, hat die Eigenschaften heutiger thermogener Pflanzen untersucht und sie mit fossilen Pflanzenlinien verglichen.
Das Werk erscheint in Natur Pflanzen.
„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Thermogenese bei Pflanzen ein älteres Phänomen ist als bisher angenommen“, erklärt David Peris, Forscher am IBB und Erstautor der Studie. „Vor 200 Millionen Jahren hatte die Diversifizierung der Blütenpflanzen noch nicht stattgefunden. Daher könnte die Thermogenese ein entscheidender Faktor für den evolutionären Erfolg von Samenpflanzen im Allgemeinen und Blütenpflanzen im Besonderen sowie ihrer Bestäuber gewesen sein.“
Eine Entdeckung mit evolutionären Auswirkungen
Bei thermogenen Pflanzen reifen weibliche Strukturen vor männlichen Strukturen, um Selbstbefruchtung zu vermeiden. Dies steht im Zusammenhang mit den frühen Divergenzlinien der Angiospermen, die Blütenkammern hatten, in denen sich Staubblätter und Fruchtblätter unabhängig voneinander schlossen. Das Vorhandensein von Fortpflanzungskammern in fossilen Pflanzen, in denen bestäubende Insekten gefangen gewesen sein könnten, deutet ebenfalls darauf hin, dass dieses Merkmal in der Vergangenheit existierte.
Große Fortpflanzungsstrukturen wie Blütenhüllen oder Zapfen könnten ebenfalls auf Thermogenese hinweisen, da sie Wärme effektiver speichern. Mithilfe dieser Studie konnten Wissenschaftler feststellen, welche fossilen Pflanzenlinien möglicherweise thermogene Aktivität gezeigt haben, was darauf schließen lässt, dass Thermogenese bei Samenpflanzen schon länger vorhanden ist als bisher angenommen.
Die Fähigkeit, Wärme zu erzeugen, verschaffte möglicherweise bestimmten Pflanzen im Mesozoikum – vor mehr als 200 Millionen Jahren – einen Wettbewerbsvorteil gegenüber nicht thermogenen Pflanzen, da sie bestäubende Insekten effizienter anlockten und so zu ihrem Fortpflanzungserfolg beitrugen. Diese Strategie zur Anlockung von Bestäubern könnte anderen Strategien vorausgegangen sein, wie etwa leuchtenden Blütenfarben, und könnte durch frühere Klimaveränderungen beeinflusst worden sein. Darüber hinaus ist die Thermogenese eng mit der Abgabe von Duftstoffen verbunden, einem weiteren entscheidenden Faktor zur Anlockung von Insekten.
Diese Studie eröffnet neue Wege zur Erforschung der Frage, wie diese Interaktionen die Diversifizierung der Pflanzen und ihrer Bestäuber im Laufe der Evolutionsgeschichte beeinflusst haben.
„Die Thermogenese bei Pflanzen ist nicht nur eine botanische Kuriosität“, bemerkt Iván Pérez-Lorenzo, Forscher am IBB und Teilnehmer der Studie. „Sie ist ein wichtiger Faktor, der zum Erfolg der beiden heute vielfältigsten Organismengruppen beigetragen hat: Insekten und Angiospermen, und sie hat entscheidende Auswirkungen auf das Verständnis der Evolution von Bestäubungsstrategien.“
Weitere Informationen:
Der Einfluss der Thermogenese auf die Entstehung der Insektenbestäubung, Natur Pflanzen (2024). DOI: 10.1038/s41477-024-01775-z