Pflanzen wachsen im Boden. Wie die meisten einfachen Aussagen über Pflanzen ist dies falsch. Einige Pflanzen, Epiphyten, können auf anderen Pflanzen wachsen. Moose sind ein offensichtliches Beispiel, aber ein anderes wären Farne. Die Aspleniaceae sind eine Familie von Farnen, deren Mitglieder entweder im Boden oder als Epiphyten wachsen können. Es war nicht klar, wie eine Art von einer Lebensweise zu einer anderen übergehen könnte, aber die Entdeckung eines Hemiepiphyten könnte eine Brücke zwischen den beiden Modi schlagen.

Jacob Watts, ein Co-Autor des Papiers Hymenasplenium volubile: Dokumentation seiner Gametophyten und der erste Nachweis eines Hemiepiphyten in den Aspleniaceae, und Student im zweiten Jahr, erklärte, was ein Hemiepiphyt ist. „Die Definition eines Hemiepiphyten ist eine Pflanze, die die Hälfte ihres Lebenszyklus auf einer anderen Pflanze lebt, normalerweise der Rinde eines Baums, und die andere Hälfte ihres Lebenszyklus im Boden verwurzelt ist. Hemiepiphytische Farne beginnen als Epiphyten tief am Stamm eines Baumes. Sie wachsen dann eine einzelne Wurzel bis zum Boden. Wenn die Wurzel den Boden erreicht, wird die Pflanze terrestrisch verwurzelt, aber sie wächst weiter wie ein Weinstock den Baum hinauf, bis sie reif ist.“

Jeder Lebensraum hat andere Ansprüche. Watts sagte, dass es der Unterschied in den Herausforderungen zwischen zwei Formen ist, der das Studium von Hemiepiphyten so interessant macht. „Wenn eine Landpflanze entwurzelt und an die Seite eines Baumes geschnallt würde, würde sie nicht allzu lange überleben. Wenn ein Epiphyt von der Rinde eines Baumes abgezogen und in die Erde gepflanzt würde, wäre er ebenfalls nicht sehr glücklich. Diese beiden Lebensräume haben von Natur aus unterschiedliche abiotische (nicht lebende) Bedingungen, an die bestimmte Pflanzenarten besonders angepasst sind. Es gibt fast keine gemeldeten Fälle von Pflanzen, die sowohl im epiphytischen als auch im terrestrischen Lebensraum überleben können. Mit anderen Worten, es braucht eine ganz besondere Pflanze, um in einem Leben in beiden Lebensräumen zu leben. Hemiepiphyten sind eine interessante Ausnahme von der Regel, dass Pflanzen speziell an das Überleben in einem bestimmten Lebensraumtyp angepasst sind.“

Watts stellte fest, dass der Unterschied zwischen den beiden Lebensräumen bedeutet, dass dieselbe Pflanze sowohl mit Armut als auch mit einem Überschuss an Nährstoffen zurechtkommen muss. „Die Rinde eines Baumes hat eine geringere Wasserverfügbarkeit als der Boden, weil der Boden nach einem Regen wochenlang Wasser speichern kann, während die Rinde eines Baums einige Stunden nach einem Regen knochentrocken ist. Daher muss ein Hemiepiphyt trockenheitstolerant sein, aber auch in der Lage sein, das reichlich im Regenwaldboden gespeicherte Wasser zu nutzen. In ähnlicher Weise enthält die Rinde eines Baumes aufgrund der Verfügbarkeit von Nährstoffen weit weniger der essentiellen Nährstoffe, die alle Pflanzen zum Überleben benötigen, als der Boden. Wenn sich ein Hemiepiphyt also in seinem epiphytischen Stadium befindet, muss er bei der Nährstoffaufnahme effizient sein, aber wenn seine Wurzeln den Boden erreichen, kann er Nährstoffe aus dem Boden zu seinen Blättern den Stamm hinauf ziehen.“

„Im Allgemeinen sind die Umgebungsbedingungen weiter oben in den Baumkronen heller, heißer und weniger feucht, was für Pflanzen stressig sein kann. Diese harten Bedingungen begrenzen die Ausbreitung von Pflanzen auf den Regenwaldboden und erlauben den meisten Pflanzenarten nicht, den riesigen Nischenraum zu besetzen, der im Regenwalddach verfügbar ist.“

Während ein Farn, der als Hemiepiphyt leben kann, durchaus Vorteile haben könnte, aus zwei Lebensräumen zu stammen, hat er auch Herausforderungen. Watts sagte, dass es weniger als 15 bekannte hemiepiphytische Arten von den 10,000 bekannten Farnarten auf der Welt gibt. „Sie können nur innerhalb der ersten anderthalb Meter über dem Boden an der Seite eines Baumes in einem tropischen Regenwald keimen, weil ihre Wurzeln in der Lage sein müssen, den Boden zu erreichen, bevor die Pflanze durch die härteren Bedingungen in der Aufsitzerpflanze zu sehr gestresst wird Lebensraum. Aufgrund ihrer geringen Diversität und ihres hochspezifischen Lebensraums wurde die Hypothese aufgestellt, dass Hemiepiphyten evolutionär nicht stabil sind und stattdessen lediglich als Brückenart zwischen zwei Lebensräumen fungieren. Hemiepiphyten sind davor geschützt, ihren gesamten Lebenszyklus als Epiphyten überleben zu müssen, aber sie dürfen auch Anpassungen an die epiphytische Nische ansammeln, damit ihre Vorfahren vollständig im Blätterdach überleben können, getrennt vom Boden.“

Das Virus für die Jagd auf Hemiepiphyten traf Watts fast sofort bei seiner Ankunft am College. „Als Student im ersten Studienjahr an der Colgate University, der von Pflanzen fasziniert war, trat ich dem Farnlabor von Professor Eddie Watkins bei, wo mir die Freiheit gegeben wurde, meine eigenen Experimente durchzuführen und die Ökologie und Physiologie von Farnen zu erforschen. Professor Watkins und ich reisten zu Beginn des ersten Sommers, in dem ich für ihn arbeitete, gemeinsam nach Costa Rica, um Farnsporen zu sammeln. Die Reise war eine zweiwöchige Wirbelsturmreise zu jedem Biom in Costa Rica. Der tropische Regenwald nahm mir den Atem. Ich war sofort süchtig nach tropischen Pflanzen. Unser Ziel war es, Sporen von so vielen Farnarten wie möglich zu sammeln. Wir fuhren mit einem Mietwagen von Forschungsstation zu Forschungsstation, sammelten den ganzen Tag Farne und bereiteten die ganze Nacht „Sporenbeutel“ vor. Als ich nach Costa Rica ging, kannte ich keine einzige Farnart. Als ich zwei Wochen später abreiste, konnte ich 30 bis 40 Gattungen und ein paar häufige Arten nennen. Die Vielfalt, die wir sahen, war erstaunlich und wunderschön.“

„Eines Tages wanderten wir auf der Suche nach neuen Farnen für unsere Sporensammlung den Weg an der biologischen Station Las Cruces entlang, als wir auf ein nasses Flusstal stießen, in dem sich ein sehr ungewöhnlicher Farn befand. Dieser Farn hatte die taxonomischen Merkmale von Hymenasplenium volubile, aber Eddie war verwirrt, weil es eine interessante Wuchsform aufwies, eine, die zuvor für diese Art nicht gemeldet worden war. Früher hatte man gedacht H. volubile ein Epiphyt zu sein, erklärte Eddie. Und wie sich herausstellte, dokumentierten wir seine Wuchsform und stellten fest, dass es sich um einen Hemiepiphyten handelt, den ersten bekannten einer riesigen Familie von Farnen.“

„Der Ansturm dieser ersten Entdeckung und ihre Auswirkungen haben mein Interesse an Hemiepiphyten seit mehr als einem Jahr aufrechterhalten. Ich habe unzählige wissenschaftliche Abhandlungen über die Ökologie von Hemiepiphyten gelesen und Bücher über epiphytische Pflanzen durchforstet, auf der Suche nach allen Informationen, die über Hemiepiphyten bekannt sind, um dabei zu helfen, die Abhandlung zu schreiben, die diese neue hemiepiphytische Art dokumentiert.“

„Ich interessiere mich auch für Epiphyten, da sie eine erstaunliche Fähigkeit besitzen, in der rauen epiphytischen Nische zu überleben. Epiphytische Farne sind besonders interessant, da Farne gemeinhin als auf feuchte, dunkle Umgebungen beschränkt gelten, obwohl sie eine der artenreichsten Abstammungslinien im Kronendach des tropischen Regenwaldes darstellen. Meine Forschung konzentriert sich auf die außergewöhnlichen Organismen, die eine extreme phänotypische Plastizität aufweisen (Organismen, die sowohl in der epiphytischen als auch in der terrestrischen Nische überleben können). Nur wenige Farne können beide Nischen besiedeln, da sie sich grundlegend von anderen unterscheiden. Professor Watkins und ich glauben, dass es gerade diese Ausnahmen sind, die uns wichtige Erkenntnisse darüber liefern können, wie sich Epiphyten aus terrestrischen Arten entwickelt haben.“

Einen Farn im Regenwald von Costa Rica zu finden ist nicht so schwierig. Den richtigen Farn im richtigen Stadium seines Lebenszyklus zu finden, ist eine ganz andere Sache. „Farne sind im Allgemeinen nicht in den unzugänglichsten Teilen des Waldes“, sagte Watts, „aber ihre kleinen, unabhängigen Gametophyten (das sexuelle Stadium des Farnlebenszyklus) sind normalerweise sehr schwer zu finden. Man muss sich auf Hände und Knie setzen und eine Handlinse verwenden, um sie zu sehen. Ich habe mein Gesicht in viele Erdhaufen und Wurzelspalten gesteckt, um zu versuchen, Farn-Gametophyten zu finden.“

„Feldarbeit kann schwierig sein, aber ich finde es sehr angenehm, einen Tag im Wald zu verbringen und Pflanzen zu sammeln und zu messen. Die Tage sind lang, heiß und schwül. Die Insekten und Schlangen im Regenwald können eine Gefahr darstellen, aber die schönen Pflanzen und das Nachdenken darüber, wie diese Pflanzen mit ihrer Umgebung interagieren, sind es wert. Ich habe noch nie einen Tag Feldarbeit bereut.“

Es war nicht nur der Zustand des Farns, der Watts verriet, dass er etwas Besonderes gefunden hatte. Er beobachtete auch eine Verhaltensänderung bei einem seiner Kollegen. „Ich konnte erkennen, dass dies eine große Entdeckung war, als Eddie mit seiner Hochleistungskamera hektisch herumlief und schnell darüber sprach, wie ungewöhnlich dieser Farn aussah.“

Sie fanden weitere Jungpflanzen, die als Epiphyten wuchsen, und ausgewachsene Pflanzen, die über eine lange, dünne Wurzel von der Basis des Rhizoms bis zur Erde mit dem Boden verbunden waren. „Wir eilten zurück ins Labor“, sagte Watts, „um weitere Bilder von jedem Stadium des Lebenszyklus des Farns unter dem Mikroskop zu machen und die Pflanze als Referenz für zukünftige Forscher zu pressen. Wir riefen auch Robbin Moran an, einen Co-Autor des Artikels und einen der weltweit führenden Experten für zentralamerikanische Farne, und fragten ihn nach der Pflanze. Er war schockiert, dass wir diese Pflanze in Las Cruces gefunden haben, weil er zehn Jahre lang nach diesem Farn gesucht hatte.“

Den gleichen Farn in verschiedenen Stadien zu entdecken, zeigte, wie die Pflanze bis auf den Boden wuchs und nicht von ihm aufwärts. Dies bedeutete, dass es sich nicht um eine wurzelkletternde Art handeln konnte. „Wurzelkletterer (und Rhizomkletterer) sind Pflanzen, die ihre Wurzeln (oder Rhizome) verwenden, um auf einen Baum oder über das Laub anderer Sträucher zu klettern, um mehr Sonnenlicht im Unterholz des dunklen Regenwaldes zu sammeln.“, sagte Watts. „Auf diese Weise können sie andere Pflanzen übertreffen, ohne ihr eigenes Gewicht mit energetisch teuren Materialien wie Zellulose und Lignin stützen zu müssen, die Pflanzenstängel stärker und höher wachsen lassen. Auf diese Weise sind Hemiepiphyten und Wurzelkletterer ähnlich, da sie beide Bäume als Stütze verwenden und beide höher klettern als die Unterholzpflanzen um sie herum. Sie keimen im Boden und wachsen ihr ganzes Leben lang, ohne sich vom Boden zu lösen. Sie haben bestimmte Eigenschaften, die sie möglicherweise vorab an die epiphytische Nische anpassen. Zum Beispiel wachsen die Wurzeln von Wurzelkletterern ähnlich wie Epiphyten aus dem Boden und können wie eine epiphytische Wurzel funktionieren. Keine phylogenetische Studie hat jedoch Wurzelkletterer in einer angestammten Position relativ zu einer epiphytischen Gruppe nachgewiesen.“

„Die Entdeckung des ersten Hemiepiphyten in der Familie der Aspleniaceae, einer Familie mit 700 Arten, hat große Auswirkungen auf die Evolution des Epiphytismus in dieser Gruppe. Einige Forscher sind skeptisch gegenüber der Hypothese, dass Hemiepiphyten als evolutionäre Brücke zwischen dem Waldboden und dem Blätterdach fungieren, aber jede neue Entdeckung eines Hemiepiphyten kann dazu beitragen, ein besseres Bild davon zu liefern, wie sich Epiphyten entwickelt haben.“

Watts sagte, dass diese Entdeckung hervorhebt, wie viel es in Regenwäldern zu finden gibt. Doch es ist ein Lebensraum in Gefahr. „Es ist wichtig anzuerkennen, dass Regenwälder durch Feuer, Klimawandel und Entwaldung bedrohte Ökosysteme sind. Dennoch beschreiben wir immer noch die Vielfalt in diesen hyperdiversen Wäldern. Jeden Tag werden neue Arten entdeckt, und Hymenasplenium volubile Die Klassifizierung als Hemiepiphyt ist nur ein Tropfen auf den heißen Stein im Vergleich zu der Vielfalt, die noch verstanden werden muss. Epiphyten spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gesundheit des Regenwaldes, und es ist fast nichts darüber bekannt, wie sich die Vielfalt und Häufigkeit von Epiphyten im Zuge des Klimawandels ändern wird. Während wir unser Verständnis der Epiphytenevolution weiter schärfen, können wir auch ihre nuancierten Grenzen besser verstehen und wie diese Grenzen verschoben werden, wenn epiphytische Arten unweigerlich zunehmend stressigen Umgebungen ausgesetzt sind.“