Studie zeigt, dass die Orchideenfamilie auf der Nordhalbkugel entstand und 20 Millionen Jahre lang neben den Dinosauriern gedieh

In einer neuen Studie veröffentlicht In Neuer PhytologeWissenschaftler des Royal Botanic Gardens in Kew präsentieren zusammen mit Partnern in Lateinamerika, Asien und Australien einen aktualisierten Stammbaum der Orchideen, der ihre Ursprünge auf die nördliche Hemisphäre vor etwa 85 Millionen Jahren zurückführt. Die Studie wirft nicht nur ein neues Licht auf ihre komplexe und faszinierende Evolutionsgeschichte, sondern die Autoren der Studie hoffen auch, dass ihre Ergebnisse dazu beitragen werden, die zukünftige Planung zum Schutz von Orchideen zu beeinflussen.

Die Orchideenfamilie Orchidaceae wird von Wissenschaftlern oft als eines der größten evolutionären Wunderwerke der Pflanzenwelt gepriesen. Diese Blütenpflanzen kommen nicht nur auf allen Kontinenten außer der Antarktis und in praktisch jedem Lebensraum, auch nördlich des Polarkreises, vor, sondern sie sind mit geschätzten 29.500 Arten auch unglaublich vielfältig – fast dreimal mehr als die anerkannte Anzahl an Vogelarten global.

Es ist allgemein anerkannt, dass Orchideen bereits vor etwa 90 Millionen Jahren oder mehr entstanden sind. Früher ging man jedoch davon aus, dass sie auf dem Superkontinent Gondwana im heutigen Australien entstanden sind. Die neue Studie weist jedoch darauf hin, dass ihr gemeinsamer Vorfahre möglicherweise auf der Nordhalbkugel, auf dem Superkontinent Laurasia, entstanden ist, bevor er sich weiter in der Welt ausgebreitet hat.

Zu diesem Schluss kamen die Wissenschaftler von RBG Kew, nachdem sie den am dichtesten beprobten Orchideenbaum aller Zeiten zusammengetragen hatten. Dieser neue Stammbaum umfasst fast 40 Prozent aller akzeptierten Orchideengattungen und etwa sieben Prozent der bekannten Artenvielfalt.

Dieser Baum wurde durch die Zusammenführung verschiedener Arten von DNA-Sequenzdaten aus der gesamten Orchideenfamilie rekonstruiert. Im Mittelpunkt der Aufgabe standen neue „Hochdurchsatz“-Generfassungsdaten, die am RBG Kew im Rahmen des Projekts „Plant and Fungal Tree of Life“ (PaFToL) erstellt wurden. Die Auflösung des Baumes wurde durch die Kombination der Ergebnisse mit bereits veröffentlichten DNA-Sequenzen vieler Orchideenarten weiter verbessert.

Diese DNA-„Barcode“-Sequenzen spiegeln jahrzehntelange Bemühungen wider, familiäre Beziehungen zwischen den verschiedenen Zweigen des Orchideen-Evolutionsbaums herzustellen. Zusammen mit Informationen zur geografischen Verbreitung ergab diese Fülle an Daten einen neuen Orchideenbaum des Lebens, der auch zeigt, wie die Vielfalt der Orchideenarten weltweit verteilt ist.

Dr. Natalia Przelomska, Dozentin an der University of Portsmouth und wissenschaftliche Mitarbeiterin am RBG Kew, sagt: „Die Generierung der ‚Gen-Capture‘-Daten im Labor aus einem solchen Artenspektrum wäre ohne die geografische und historische Breite der Arten nicht möglich gewesen.“ Sammlungen, die für die Forschung im Herbarium von RBG Kew zugänglich sind.

„Ich hatte das Privileg, DNA aus Feldproben zu extrahieren, darunter solche, die kürzlich von mehreren an dieser Forschung beteiligten Feldbotanikern gesammelt wurden, bis hin zu Botanikern wie AC Maingay und EL Ekman, die im 19. Jahrhundert die Tropen und Neotropien der Alten Welt erforschten und 20. Jahrhundert.“

Orchideen sind eine der artenreichsten Blütenpflanzenfamilien (nur mit der Familie der Korbblütler, den Korbblütlern) zu übertreffen, aber auch eine der am stärksten bedrohten. Zu den größten Bedrohungen für Orchideen gehören heute Abholzung, illegaler Handel und Klimawandel, die zum Aussterben oder zur Verringerung ihrer Verbreitungsgebiete und Populationsgrößen führen können.

Wie im Bericht „State of the World’s Plants and Fungi 2023“ von RBG Kew berichtet, sind schätzungsweise 45 Prozent der weltweit bekannten Pflanzen vom Aussterben bedroht, und diese Zahl ist innerhalb der Orchideenfamilie sogar noch höher, wo schätzungsweise 56 Prozent der Arten vom Aussterben bedroht sind Gefahr.

Ein besseres Verständnis der einzelnen Zweige des Orchideen-Stammbaums und ihrer Verbindungen wird Wissenschaftlern dabei helfen, neue Artenvielfalt bei Orchideen zu entdecken und zu beschreiben. Sie hoffen, dies insbesondere in den Teilen der Welt zu erreichen, in denen sich der Verlust der biologischen Vielfalt leider beschleunigt.

Laut dem neuen Bericht besteht eine Möglichkeit zum Schutz von Orchideen darin, die Artbildungsmuster besser zu verstehen – den Evolutionsprozess, durch den sich Populationen zu unterschiedlichen Arten entwickeln. In diesem Fall kann es aufdecken, welche Ökosysteme über eine überdurchschnittliche Orchideenvielfalt sowie das höchste evolutionäre Potenzial für die Beherbergung neuer Orchideenvielfalt verfügen.

Dr. Oscar Pérez, Forschungsleiter – Integrierte Monographie bei RBG Kew, sagt: „Unsere Studie ist die erste, die auf globaler Ebene aufdeckt, welche ökologischen Regionen sowohl das höchste Entwicklungspotenzial für Orchideen als auch den höchsten Artenreichtum aufweisen. Das heißt, ökologische Regionen, die.“ in jüngster Zeit (d. h. in den letzten 2-3 Millionen Jahren) als Wiege einer beispiellosen Artenbildung gedient, die zur Anhäufung einer bemerkenswert hohen Artenvielfalt bei Orchideen geführt hat.“

„Wir glauben, dass solche Gebiete in naher Zukunft die Tragfähigkeit haben könnten, noch mehr Vielfalt zu beherbergen, solange ihre ursprünglichen ökologischen Regionen geschützt sind. Daher können die Informationen, die unsere Studie über Artbildung und artenreiche Muster liefert, als Grundlage für die Politik dienen.“ über die Priorisierung von Ökosystemen für deren Erhaltung.“

Bedauerlicherweise sterben Orchideen mit einer besorgniserregenden Geschwindigkeit aus, wenn man sie mit der Zeit vergleicht, die sie zur Artbildung brauchten – etwa 5 Millionen Jahre. Dies deutet darauf hin, dass es ihnen im menschlichen Zeitrahmen möglicherweise nicht gelingen wird, sich vom Aussterben zu erholen, selbst ohne eine genaue Schätzung der Zahl der ausgestorbenen Orchideenarten.

Prof. Alexandre Antonelli, Wissenschaftsdirektor am RBG Kew und leitender Autor der Studie, sagt: „Orchideen sind nicht nur außergewöhnliche Juwelen der Natur, sie bergen auch unerklärliche Geheimnisse über das Leben auf der Erde: wie sich Arten entwickeln, anpassen und bewegen. Ihre schützen.“ Die Zukunft ist von entscheidender Bedeutung für den Schutz der komplexen Wechselwirkungen, die sie in Ökosystemen spielen, und um sicherzustellen, dass diese Geschichten eines Tages von Wissenschaftlern enthüllt werden können.“

Diese neue Studie ist nur der erste Schritt in Richtung des Ziels der Wissenschaftler, einen vollständigen Orchideenbaum des Lebens zu erstellen, der alle bekannten Gattungen umfasst. Die Autoren wollen außerdem die Orchideenfamilie als Modelllinie der Wahl etablieren, um zu verstehen, wie Artbildung und Aussterben in verschiedenen Ökosystemen weltweit stattfanden. Darüber hinaus wird dies dazu beitragen, zu verstehen, wie sich Klimawandel, Abholzung und illegaler Handel in naher Zukunft auf die Verbreitung dieser Artenvielfalt auswirken können.