Die Symbiose zwischen Pflanzen und Bestäubern gilt gemeinhin als eine schöne und vorteilhafte Beziehung zwischen zwei Lebewesen. Doch um es klarzustellen: Pflanzen wollen lediglich, dass ihre Blüten bestäubt werden, während Bestäuber nur an Ressourcen wie Nektar, Pollen und Duftstoffen interessiert sind. Daraus hat sich ein evolutionäres Wettrüsten zwischen Pflanzen und Bestäubern entwickelt, in dem jede Seite versucht, ihre Bedürfnisse über die der anderen zu stellen und den größtmöglichen Nutzen zu erzielen. Infolgedessen haben Pflanzen zahlreiche Lebensstrategien und Merkmalskombinationen entwickelt, um ihre Fitness zu verbessern, darunter auch Blüten.

Während ihrer Blütezeit zeigen Pflanzen eine große Vielfalt an Fortpflanzungsstrukturen, die bestimmen, wie und mit welchen Bestäubern sie interagieren. Man würde erwarten, dass die Evolution bei all der Vielfalt der verfügbaren Merkmale dazu führen wird, dass Pflanzen eine Blume erschaffen, die mit allen möglichen Bestäubern interagieren kann. Es gibt jedoch morphologische und physiologische Einschränkungen, die durch evolutionäre und ökologische Prozesse entstehen und die die Existenz so etwas verhindern.

Beispielsweise besitzen bestimmte Pflanzen längliche röhrenförmige Blüten, die Kolibris mit langen Schnäbeln anlocken, während Blüten mit schmalen Öffnungen den Besuch von Insekten mit kompatiblen Rüsseln einschränken, was ein Beispiel für morphologische Einschränkungen ist. Darüber hinaus regulieren einige Pflanzen die Verfügbarkeit von Nektar oder Pollen, indem sie entweder begrenzte Mengen anbieten oder diese zu bestimmten Zeiten freisetzen, was regulatorische Einschränkungen verdeutlicht. Diese morphologischen und physiologischen Merkmale, die die Interaktion zwischen Pflanzen und bestimmten Bestäubern ermöglichen oder verhindern, bilden die Grundlage für die sogenannten „Bestäubungssyndrome“.

Bestäubungssyndrome treten bei verschiedenen Bestäubergruppen auf, darunter Insekten, Vögel, Fledermäuse und Wind. Sie beleuchten die vielfältigen Evolutionsstrategien, die Pflanzen anwenden, um durch gezielte Interaktionen mit bestimmten Bestäubern eine erfolgreiche Fortpflanzung sicherzustellen. Während umfangreiche Forschungen die Zusammenhänge und Einschränkungen innerhalb vegetativer Organe wie Blätter und Holz untersucht haben, ist unser Verständnis dieser Zusammenhänge bei Fortpflanzungsorganen, insbesondere Blüten, nach wie vor begrenzt. Darüber hinaus besteht ein Mangel an Wissen über die kombinierten Auswirkungen von Fortpflanzungsmerkmalen auf die Pflanzenreproduktion.

Solche Lücken haben das Interesse verschiedener Forscher geweckt, darunter: Dr. José B. Lanuza (@barragan_lanuza Lanuza ist Pflanzenspezialist und beschäftigt sich mit den Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern. Sein besonderes Interesse gilt Pflanzen und ihren Fortpflanzungsstrategien. Dieses Interesse entwickelte sich im zweiten Jahr seines Biologiestudiums, als er an einem Forschungsprojekt teilnahm. heterostyly, ein Phänomen, bei dem dieselbe Pflanzenart Blüten mit unterschiedlich langen Stempeln und Staubgefäßen aufweist. Seitdem erforscht er weiterhin Strategien zur Pflanzenreproduktion und konzentriert sich dabei auf solche, die die Fremdbestäubung fördern.

In einem Interview mit Botany One erklärte Lanuza, warum wir mehr über vegetative als über reproduktive Merkmale wissen. Er argumentiert, dass vegetative Merkmale leichter zu messen sind, vor allem weil die meisten Pflanzenarten nur zu bestimmten Jahreszeiten Blüten und Früchte tragen. Zudem können sich reproduktive Merkmale innerhalb derselben Blüte im Laufe der Zeit verändern, da sich die Organe während des Wachstums und der Reifung in unterschiedliche Positionen verlagern. Das bedeutet, dass wir oft nur eine Momentaufnahme erhalten, die die Realität nicht vollständig widerspiegelt. Als ob das nicht schon problematisch genug wäre, müssen sich Forscher zudem mit der immensen Vielfalt an Pflanzenarten und Blütenstrukturen auseinandersetzen, was es schwierig macht, Erkenntnisse über reproduktive Merkmale zu gewinnen, insbesondere da jede Art unterschiedliche Lebenszyklen und Fortpflanzungsmechanismen aufweist.

Lanuza und seine Mitarbeiter waren sich des Mangels an Informationen über die Fortpflanzungsmerkmale von Pflanzen und unseres Wissens darüber, wie sie die Interaktionen mit Bestäubern beeinflussen, bewusst und führten eine Studie durch, um die wichtigsten Fortpflanzungsmerkmale von Pflanzen zu identifizieren und zu bewerten wie die Kovariation dieser Merkmale die Netzwerke der Pflanze-Bestäuber-Interaktionen auf globaler Ebene beeinflusst . Auf die Frage, wie die Idee zu dieser Studie entstanden sei und was die größte Herausforderung bei der Umsetzung sei, antwortete Lanuza, dass die Idee zu dieser Studie während seiner Doktorarbeit entstanden sei.

Ursprünglich zielte die Studie darauf ab, zu beurteilen, wie sich die Spezialisierung – die Anpassung von Pflanzen und Bestäubern durch spezifische physische und Verhaltensmerkmale, um effizient zusammenzuarbeiten und die Bestäubung sicherzustellen – entlang eines Breitengradienten variiert. Dennoch stellte der Autor die Frage, warum Pflanzenmerkmale nicht einbezogen werden sollten, da diese Merkmale mögliche Unterschiede in den Interaktionen erklären könnten. Um dies zu erreichen, mussten sich Lanuza und sein Team einer enormen Herausforderung stellen: der Datenqualität, da zu reproduktiven Merkmalen viel weniger Informationen vorliegen als zu vegetativen Merkmalen. Darüber hinaus können die Artenmerkmale je nach Region unterschiedlich sein. Daher sollten wir keine Daten aus Regionen verwenden, die sich stark von unserer unterscheiden, da diese möglicherweise nicht die Realität des Untersuchungsgebiets widerspiegeln.

Der Umgang mit fehlenden Daten, deren Standardisierung und die Sicherstellung, dass sie die Realität von Interaktionsnetzwerken widerspiegeln, waren einige der Probleme, die der Autor bei der Analyse jeder Zeile seiner endgültigen Datenbank lösen musste. Am Ende konnten sie Daten aus 28 Studien, die in 18 verschiedenen Ländern durchgeführt wurden, für insgesamt 64 Interaktionsnetzwerke zwischen Pflanzen und Bestäubern zusammenstellen und analysieren.

Die Forscher beobachteten einen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Blüten und mehreren anderen Pflanzenmerkmalen. Einerseits neigten höhere Pflanzen dazu, mehr und kleinere Blüten mit relativ weniger Samenanlagen und kürzeren Stielen zu produzieren als kleinere, krautige Arten. Zum Beispiel der blühende Hartriegel (Cornus florida) ist ein 7.5 Meter hoher Strauch, der etwa 10,000 Blüten hervorbringt, jede etwa 3 mm breit, mit 3.5 mm langen Stielen und zwei Samenanlagen. Im Gegensatz dazu ist die wilde weiße Petunie (Petunie axillaris), ein Kraut mit einer durchschnittlichen Höhe von 0.5 m, produziert etwa zehn Blüten pro Pflanze mit einer Breite von jeweils über 50 mm, Stielen mit einer Länge von bis zu 25 mm und mehr als 200 Samenanlagen pro Blüte.

Die Forscher stellten außerdem fest, dass Arten mit niedrigen Selbstbestäubungsraten – das heißt, sie erhalten mehr Pollen von anderen Pflanzen als von ihren eigenen Blüten – tendenziell mehr und größere Blüten mit langen Stielen haben als Arten mit hohen Selbstbestäubungsraten. Zum Beispiel, Zuccagnia punctata ist eine selbstinkompatible Art, die für die Samenproduktion vollständig auf die Bestäubung durch Tiere angewiesen ist. Sie produziert etwa 1500 Blüten pro Pflanze und hat 20 mm lange Stiele. Im Gegensatz dazu ist der amerikanische Ehrenpreis (Veronika peregrina) ist eine selbstverträgliche Pflanze, die nur minimale oder keine Bestäubung durch Tiere erfordert. Sie hat etwa 20 Blüten pro Pflanze, erreicht eine Höhe von 0.2 m und besitzt Griffel von 0.25 mm Länge. Insgesamt verdeutlichen diese Beobachtungen die komplizierten Zusammenhänge zwischen Blütenmenge, Größe, Anzahl der Eizellen, Griffellänge und den Bestäubungsmechanismen verschiedener Pflanzenarten.

Ein weiteres interessantes Ergebnis der Studie war der Zusammenhang zwischen der Anzahl der Blüten und den Arten der beteiligten Bestäuber. Pflanzen mit einer hohen Blütenzahl neigten dazu, stärker mit Käfern, Nicht-Bienen-Hymenopteren und Fliegen zu interagieren, während Pflanzen mit weniger Blüten häufiger mit Bienen und Schmetterlingen interagierten. Diese Ergebnisse veranschaulichen die evolutionären Strategien, die Pflanzen anwenden, um Ressourcen für den Blütenaufbau und die Anlockung bestimmter Bestäuber zu nutzen. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass Bienen eine stärkere Präferenz für Pflanzen mit einem höheren Maß an autonomer Selbstbildung und größeren Stilen zeigen, was auf das Potenzial für einen effizienteren Pollentransfer und ein geringeres Risiko der Pollenkonkurrenz zurückgeführt werden kann.

Das komplexe Zusammenspiel zwischen Pflanzenreproduktionsstrategien und den Präferenzen spezifischer Bestäubergruppen, das diese Forschung zeigt, verdeutlicht die komplexe Dynamik der Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern und trägt zu unserem Verständnis der Mechanismen bei, die die Entwicklung von Blütenmerkmalen und die Koevolution zwischen Pflanzen und ihren Bestäubern vorantreiben .

Auf die Frage nach weiteren wesentlichen Botschaften zusätzlich zu denen in seiner Studie weist Lanuza darauf hin, dass Bestäubungssyndrome abstrakte Konzepte sind, die mit Vorsicht verwendet werden sollten, insbesondere da die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern je nach Kontext variieren können. Beispielsweise werden rote Blüten in der tropischen Region im Allgemeinen von Vögeln bestäubt, während sie in nichttropischen Gebieten von Bienen bestäubt werden. Es ist wichtig zu betonen, dass an dieser Beziehung auch andere Faktoren beteiligt sind, Blumensyndrome müssen jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da sie komplexe Dimensionen haben.

Schließlich glaubt Lanuza, dass es vor der Beantwortung neuer Fragen wichtig ist, mehr Informationen über die Fortpflanzungsmerkmale von Pflanzen an verschiedenen Standorten zu sammeln, also mehr Feldstudien durchzuführen. Besonderer Wert sollte auf Merkmale wie Farbe, Phänologie und Blütenressourcen gelegt werden, da diese oft übersehen, als kategoriale Variablen behandelt werden und, was entscheidend ist, von Standort zu Standort unterschiedlich sein können. Dadurch werden wir dazu beitragen, genauere und qualitativ hochwertigere Daten über die Fortpflanzungsmerkmale von Pflanzen zu erhalten.

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Lanuza, JB, Rader, R., Stavert, J., Kendall, LK, Saunders, ME, & Bartomeus, I. (2023) Die Kovariation von Fortpflanzungsmerkmalen bei Blütenpflanzen prägt deren Interaktionen mit Bestäubern.. Functional Ecology. https://doi.org/10.1111/1365-2435.14340

Victor HD Silva ist ein Biologe, der sich leidenschaftlich für die Prozesse interessiert, die die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern prägen. Derzeit konzentriert er sich darauf, zu verstehen, wie die Interaktion zwischen Pflanzen und Bestäubern durch die Urbanisierung beeinflusst wird und wie städtische Grünflächen bestäuberfreundlicher gestaltet werden können. Für weitere Informationen folgen Sie ihm auf Twitter: @another_VDuarte.