Bestäubung ist ein lebenswichtiger Prozess für die Pflanzenreproduktion. Es kann auf verschiedene Weise auftreten, zum Beispiel durch Insekten, Vögel oder sogar durch den Wind, der Pollen von einer Blüte zur anderen trägt. Wenn wir an Bestäuber denken, fallen uns normalerweise Insekten – und insbesondere Bienen – als die wichtigsten ein. Allerdings spielen auch Tiere wie Vögel und Säugetiere eine Schlüsselrolle bei diesem Prozess, insbesondere in tropische Regionen der Welt.

All diese Informationen wurden im Laufe jahrelanger Forschung gesammelt, aber zwei Fragen bleiben immer noch offen: „Wie wurden Blumen vor Millionen von Jahren bestäubt?“ Und wie hat sich das im Laufe der Zeit verändert?“ In einer aktuellen Studie veröffentlicht im New Phytologist Tagebuch, Ruby E. Stephens und ihre Mitarbeiter untersuchten die wichtigsten Bestäubungsarten in der Evolutionsgeschichte von Blütenpflanzen.

Insekten waren wahrscheinlich die ersten Tiere, die bei der Bestäubung von Pflanzen halfen. Um zu verstehen, warum das so ist, werfen wir einen Blick auf den Bestäubungsprozess: Insekten sammeln Pollen von einer Blüte und übertragen ihn auf eine andere Blüte derselben Art, aber eines anderen Individuums. Dies wird als Fremdbestäubung bezeichnet und ist effizienter als die Windbestäubung, was zu einer geringeren Pollenverschwendung führt.

In einem Interview mit Botany One erklärte Stephens: „Insekten sind großartige Bestäuber, denn im Gegensatz zu Fledermäusen, Vögeln und anderen Wirbeltieren, die auch als Bestäuber fungieren, besitzen Insekten spezifische Eigenschaften, die sie für diese Rolle besonders geeignet machen.“ Sie sind klein, haben einfachere Nährstoffbedürfnisse und brauchen keine üppigen Blütenbelohnungen – wie Nektar oder Öle – um angelockt zu werden. Darüber hinaus machen die Vielfalt und Häufigkeit von Insekten in verschiedenen Umgebungen und ihre Anpassungsfähigkeit sie zu wichtigen Bestäubern in einer symbiotischen Beziehung mit Blumen. Dies bestärkt die Annahme, dass Insekten im Laufe der Zeit eine entscheidende Rolle bei der Bestäubung gespielt haben.“ Folglich, so Stephens selbst, „war die Bestäubung durch Insekten für Angiospermen von großem Vorteil“ und prägte die Interaktionen zwischen diesen beiden Gruppen von Organismen im Laufe der Evolution.

In dieser Studie untersuchten die Autoren, ob die Bestäubung durch Insekten tatsächlich der überlieferte Modus ist. Mit anderen Worten: Sie untersuchten, ob die Bestäubung des Insekts wirklich die älteste, ursprüngliche Art ist. Darüber hinaus untersuchten sie, wie zeitliche und umweltbedingte Faktoren die Veränderungen der Bestäubungsprozesse im Laufe der Zeit beeinflusst haben. Dazu untersuchten sie nicht nur frühere Studien zur Pflanzenevolution und Bestäubungsmethoden, sondern betrachteten auch die gesamte Evolutionsgeschichte der Blütenpflanzen. Wenn wir verstehen, wie dies in der Vergangenheit geschah und was zu diesen Veränderungen in den Bestäubungsarten führte, könnten wir wichtige Informationen für den Schutz verschiedener Pflanzenarten und ihrer Lebensräume erhalten.

Stephens und ihr Team wählten 1,201 Pflanzenarten aus und ordneten jeder von ihnen einen Bestäubungstyp zu, basierend auf verschiedenen Quellen, darunter Feldbeobachtungen, Studien zur Bestäubungsökologie und verschiedenen botanischen Datenbanken. Sie teilten diese Arten in vier Bestäubungsmodi ein:Wind, Wasser, Insektenden Wirbeltiere– und konstruiert phylogenetische Bäume um die Entwicklung der Bestäubungsmodi zu modellieren.

Es überrascht nicht, dass die Forscher das früheste fanden Angiospermen wurden wahrscheinlich von Insekten bestäubt und etwa 86 % der Evolutionsgeschichte der Angiospermenbestäubung wurde von Insekten vorangetrieben. Diese Rolle von Insekten als Bestäuber blieb in mehreren Schlüsselgruppen von Angiospermen vorherrschend, darunter Magnoliide, Monocots, Eudicots, Asteriden und Rosiden. Diese Entdeckung stimmt mit früheren Beweisen aus Fossilien und frühen Angiospermenlinien überein, die alle auf die uralte Natur der Insektenbestäubung hinweisen. Die Ergebnisse dieser Forschung stimmen auch mit einer früheren Studie unter der Leitung von Stephens‘ Doktorvater Dr. Hervé Sauquet überein, die eine Rekonstruktion eines Ahnenblume, das verschiedene Merkmale der Insektenbestäubung aufweist, wie z. B. das Vorhandensein von Blumen bisexuell und ausstellen Radialsymmetrie.

Obwohl die meisten Arten eine Vorliebe für die Bestäubung durch Insekten gezeigt haben, gab es einige bemerkenswerte Ausnahmen, wobei bestimmte Gruppen Anpassungen an andere Bestäubungsmethoden zeigten. Beispielsweise werden Wasserpflanzen in Ceratophyllales und Alismatales überwiegend wasserbestäubt. Im Gegensatz dazu entwickelte sich Zingiberales so, dass es auf die Bestäubung durch Wirbeltiere angewiesen war, und Fagales übernahm zusammen mit Picramniales die Windbestäubung. Laut Stephens „war die Wasserbestäubung bei aquatischen Angiospermen wahrscheinlich ein notwendiger Evolutionsschritt auf dem Weg zu Blütenpflanzen, deren gesamter Lebenszyklus unter Wasser abgeschlossen wird“. Andererseits könnte diese Verschiebung im Fall von Zingiberales durch die weite Verbreitung dieser Gruppe in tropischen Regionen beeinflusst worden sein. Diese breitere Verbreitung könnte mit der Prävalenz der Bestäubung durch Wirbeltiere in dieser Familie zusammenhängen, da tropische Pflanzen oft über mehr Ressourcen verfügen, um größeren Wirbeltierbestäubern größere Mengen Nektar anzubieten.

Die Autoren beobachteten auch, dass einige Pflanzen im Laufe der Zeit ihre Bestäubungsmethoden änderten. Gelegentlich gingen Pflanzen, die von Tieren bestäubt wurden, dazu über, sich bei der Bestäubung auf den Wind zu verlassen. Dies geschah häufiger als umgekehrt, was bedeutete, dass windbestäubte Pflanzen dazu übergingen, sich auf Tiere zu verlassen. Es kommt jedoch selten vor, dass Pflanzen nach der Anpassung an die Windbestäubung wieder auf die Bestäubung durch Tiere zurückgreifen, insbesondere da Blumen mehrere große Veränderungen in ihren Blüten durchlaufen müssen, um sich an die Windbestäubung anzupassen, wie z. B. die Reduzierung oder sogar Eliminierung bestimmter Teile, wie z Blütenform (das Unisexual machen Blüten, mit nur männlichen oder weiblichen Fortpflanzungsorganen), wodurch die Pollen-zu-Ei-Verhältnis, oder Ändern der gestalten Stil (von einfarbigen bis hin zu federleichten Stilen). Diese Veränderungen lassen sich nur schwer rückgängig machen, weshalb es selten vorkommt, dass Pflanzen nach der Anpassung an die Windbestäubung wieder zur Bestäubung durch Tiere zurückkehren.

Die Studie identifizierte im Laufe der Angiospermengeschichte häufige Übergänge zwischen der Bestäubung durch Insekten und Wirbeltiere, die zu speziellen Interaktionen führten. Bemerkenswerterweise war der Wechsel von der Bestäubung durch Wirbeltiere zur Insektenbestäubung fast genauso häufig wie die ursprünglichen Übergänge. Solche Anpassungen veranschaulichen einen dynamischen Mutualismus, da sowohl die Bestäubung durch Wirbeltiere als auch durch Insekten Vorteile bietet. Dies zeugt von wirksamem Gegenseitigkeitsprinzip, da die Blütenbelohnung Wirbeltiere zu wiederholten Besuchen anlockt und so eine gezielte Fremdbestäubung fördert. Pflanzen nutzen ähnliche Strategien, um sowohl Wirbeltier- als auch Insektenbestäuber anzulocken, wie z. B. die Produktion von Nektar, klebrigen Pollen und ansprechende Blumenerscheinungen. Überraschenderweise können sich Arten, die hauptsächlich auf die Bestäubung durch Wirbeltiere angewiesen sind, an Insekten anpassen und zeigen damit Reversibilität. Dies unterstreicht die Anpassungsfähigkeit der Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern und prägt ihre Dynamik im Laufe der Zeit.

In Bezug auf die Umweltfaktoren, die möglicherweise Veränderungen in den Bestäubungsmodi beeinflusst haben, stellten die Autoren fest, dass windbestäubte Pflanzen in offenen Gebieten und höheren Breiten weit verbreitet waren, während tierbestäubte Pflanzen unter dichten Baumkronen und niedrigeren Breiten vorherrschten. Es wird angenommen, dass sich die Windbestäubung entwickelt, wenn die Bestäubung durch Tiere begrenzt ist und die abiotische Umgebung den Windfluss zulässt. Bedeutende Klima- und Lebensraumveränderungen im Laufe der Geschichte der Angiospermen haben möglicherweise Lebensräume geöffnet und den Zugang zu Bestäubern gestört. Daher haben sich Pflanzen daran angepasst, den Wind als alternatives Mittel zur Übermittlung ihrer Botschaften und zur Sicherstellung ihrer Fortpflanzung zu nutzen.

Interessanterweise geht die Forschung über den Bereich hinaus Angiospermen, was die Möglichkeit nahelegt, dass der Vorfahre aller Samenpflanzen ebenfalls von Insekten bestäubt wurde. Während viele zeitgenössische Gymnospermen sind windbestäubt, Es gibt Abstammungslinien sowohl alter als auch moderner Gymnospermen, die von Insekten bestäubt werdenDies wirft die Frage auf, ob die Bestäubung durch Insekten möglicherweise eine Rolle bei der Entwicklung der ersten samentragenden Pflanzen gespielt hat.

Insgesamt liefert diese Studie über die Bestäubungsmodi von Angiospermen wertvolle Einblicke in die grundlegende, langjährige Beziehung zwischen Blütenpflanzen und den sie begleitenden Bestäuberinsekten. Die Forschung zeigt, dass die vorteilhafte Partnerschaft zwischen diesen Pflanzen und Insekten starke Ursprünge in der Evolutionsgeschichte hat, wobei die Bestäubung durch Insekten ein beständiger Faktor für den Großteil der Zeit war, in der Angiospermen existierten. Die Studie zeigt, dass die gegenseitige Bindung zwischen diesen Pflanzen und Insekten tief in der Evolutionsgeschichte verwurzelt ist. Angesichts der Herausforderungen des Anthropozäns, einer Zeit, die durch durch menschliche Aktivitäten verursachte Umweltveränderungen gekennzeichnet ist, bleibt das Schicksal der Bestäubungsdynamik jedoch ungewiss.

Das Verständnis der Komplexität früherer und gegenwärtiger Beziehungen zwischen Pflanzen und ihren Bestäubern ist von entscheidender Bedeutung für Naturschutzbemühungen, die Förderung einer nachhaltigen Landwirtschaft und den Erhalt der Vielfalt und Stabilität natürlicher Ökosysteme, die derzeit von globalen Veränderungen beeinflusst werden. Diese Forschung unterstreicht die Notwendigkeit, diese unschätzbaren ökologischen Partnerschaften zu schützen und das weitere Überleben und den Wohlstand von Pflanzen und Bestäubern in einer sich ständig verändernden Welt sicherzustellen.

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Stephens, RE, Gallagher, RV, Dun, L., Cornwell, W., & Sauquet, H. (2023). Insektenbestäubung während des größten Teils der Evolutionsgeschichte der Angiospermen. New Phytologist. https://doi.org/10.1111/nph.18993

Portugiesische Übersetzung von Victor HD Silva.
spanische Übersetzung von Carlos A. Ordóñez-Parra.