Studie zeigt, dass Pflanzenpopulationen in Köln an ihre städtische Umgebung angepasst sind

Ein Forschungsteam der Universitäten Köln und Potsdam sowie des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung hat herausgefunden, dass die regionalen Linien der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), einer kleinen Ruderalpflanze, die die Straßen Kölns besiedelt, im typischen Leben stark variieren Zyklusmerkmale wie die Regulierung von Blüte und Keimung. Dadurch können sie ihre Fortpflanzung an lokale Umweltbedingungen wie Temperatur und menschliche Störungen anpassen.

Die Forscher des Sonderforschungsbereichs / Transregio 341 „Pflanzenökologische Genetik“ fanden heraus, dass Umweltbedingungen ungeeignete Linien aus einem Pool regional unterschiedlicher Pflanzenlinien herausfiltern, so dass nur diejenigen mit geeigneten Eigenschaften überleben können.

„Dieser als ‚Umweltfilterung‘ bezeichnete Prozess ist dafür bekannt, dass er die Etablierung oder den Fortbestand von Pflanzenarten an einem bestimmten Standort vorantreibt. Es ist faszinierend zu sehen, dass genau derselbe Prozess auch für verschiedene Linien innerhalb einer Art funktioniert“, sagt Anja Linstädter, der kürzlich Köln verlassen hat, um Professor für Biodiversitätsforschung an der Universität Potsdam zu werden. Über die Studie wird in dem Artikel „Environmental filtering of life-history trait diversity in urban populations of Arabidopsis thaliana“ berichtet, der in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Zeitschrift für Ökologie.

Arabidopsis thaliana ist der häufigste Modellorganismus in der Pflanzenforschung und daher wichtig für die Pflanzenbiologie. Die meisten Forschungsarbeiten zu A. thaliana konzentrieren sich auf die Nachkommen eines einzelnen Individuums, einer Linie namens Col-0, während die natürlich wachsenden Pflanzen in der Region Köln eine Vielzahl von Linien aufweisen.

„In unserem Forschungskonsortium arbeiten wir daran, zu verstehen, wie sich Erkenntnisse aus dem Labor in der Natur manifestieren“, erklärt Professorin Dr. Juliette de Meaux, Sprecherin des SFB TRR 341. „Zu Beginn stellten wir uns die Frage: Funktioniert das Labor?“ Col-0 ähneln Linien, die natürlicherweise in Köln vorkommen? Doch dann wurde uns klar, wie viel ökologische Vielfalt es in unseren Straßen gibt.“

Die in dieser Studie analysierten Pflanzen wurden von Dr. Gregor Schmitz, dem Erstautor der Studie, auf dem Weg zur Arbeit gesammelt. Er bemerkte, dass A. thaliana auf natürliche Weise an Orten mit sehr unterschiedlichen Umweltbedingungen wuchs. Dazu gehörten Stellen mit geringer Wasser- und Nährstoffversorgung wie kleine Risse im Gehweg, aber auch stark gestörte Lebensräume. Als die Wissenschaftler die Pflanzengenome sequenzierten, stellten sie fest, dass die städtischen Linien nicht stärker miteinander verwandt waren als mit Linien aus einer größeren Region.

Zu ihrer Überraschung stellten die Biologen fest, dass es hinsichtlich ihrer Lebenszyklusmerkmale große Unterschiede zwischen den A. thaliana-Populationen in Köln gibt. Diese Unterschiede tragen zu ihrem Fortbestehen in Lebensräumen bei, die sich hauptsächlich darin unterscheiden, wie stark sie durch menschliche Aktivitäten wie Jäten oder Mähen gestört werden. „Mit anderen Worten: Die genetische Vielfalt, die wir in der Stadt finden, ist nicht zufällig verteilt, sondern entspricht spezifischen Unterschieden in der städtischen Umgebung“, sagte Schmitz.

Die meisten Pflanzen nutzen die Kälte, um den Zeitpunkt der Blüte zu regulieren. Auf diese Weise stellen sie sicher, dass die Blüte nicht mitten im Winter stattfindet. In den Straßen Kölns fanden die Wissenschaftler A. thaliana-Linien, die Kälte zur Regulierung der Blüte nutzen, aber auch Linien, die Kälte nicht nutzen: Sie blühen sehr schnell nach der Keimung.

Außerdem entdeckte das Team einige Linien mit Samen, die in den Ruhezustand geraten, wenn sie einige Tage lang hohen Temperaturen ausgesetzt werden, sowie Linien, deren Samen nicht in den Ruhezustand geraten, wenn es heiß ist.

„Die verschiedenen Linien können daher sehr unterschiedliche Lebenszyklen aufweisen“, sagte de Meaux. „Einige sind sehr schnell, sie brauchen keine Ruhephase und brauchen keine Kälte vor der Blüte, andere sind langsamer, sie haben eine hohe Fähigkeit, die Ruhephase einzuleiten, und Kälte ist eine Voraussetzung für die Blüte. Diese Vielfalt auf einem so kleinen Gebiet war überraschend.“ , aber das Bewundernswerteste war zu sehen, dass es mit dem Gradienten der Umweltstörungen in unseren Straßen kovariierte.“

Die Wissenschaftler werden weiterhin untersuchen, wie die Heterogenität der Umwelt bestimmte genetische Varianten städtischer Arabidopsis thaliana-Pflanzen in Köln selektiert.