Wie viele Bestäuber braucht ein Ökosystem? Spielt es eine Rolle, wenn ein paar spezialisierte Bestäuber verloren gehen, wenn es genügend Generalisten gibt, um von Blume zu Blume zu stöbern? Eine von Alan Dorin und Kollegen veröffentlichte Simulation in Theoretische Ökologie zeigt, dass Wenn Pollen um Bestäuber konkurrieren, können Pflanzen viel zu verlieren haben.
Es mag offensichtlich erscheinen, dass Pflanzen spezialisierte Bestäuber brauchen. Blumen produzieren Pollen, aber wenn sie nicht bei einem geeigneten Partner ankommen, können sie keine Blume einer anderen Art befruchten. „In Anbetracht der Pflanze, die den Pollen geliefert hat, ist dies möglicherweise eine verschwendete Gelegenheit zur Fortpflanzung, da ihr Pollen scheinbar ohne Fortpflanzungsgewinn verloren geht“, schreiben Doran und Kollegen. „Unsere Simulationen zeigen jedoch, wie verlorene Pollen tatsächlich einen Wettbewerbsvorteil bieten können, indem sie die Vermehrung der Konkurrenten einer Pflanze hemmen, selbst wenn der Konkurrent zu diesem Zeitpunkt eine Rückzugszone besetzt, die vor einer physischen Invasion durch den Pollenspender immun ist.“
In der realen Welt wäre diese Art von Experiment wahnsinnig komplex durchzuführen. Durch die agentenbasierte Simulation wird es jedoch möglich, dasselbe Experiment mehrmals durchzuführen, um zufällige Effekte zu berücksichtigen. Doran und Kollegen haben in ihrer Simulation eine 200 × 200 Quadrate große Landschaft mit zwei konkurrierenden Pflanzen aufgebaut. An jeder Seite der Landschaft befanden sich 40 × 200 Streifen, dies waren Refugien, in die die gegnerische Pflanze nicht eindringen konnte. Die zentrale Zone von 120 × 200 Quadraten war eine Region, in der jede Pflanze die Kontrolle übernehmen konnte. In diese Landschaft wurden die virtuellen Bestäuber entlassen.
Die Bestäuber waren recht einfach. „Jeder Bestäuber verfolgt seine aktuelle Position und Richtung, während er sich bewegt. Es trägt Pollen, der von Blumenbesuchen gesammelt wurde, und behält eine Erinnerung an die fünf zuletzt besuchten Blumen. Es wird keine Blume auf dieser Liste erneut besuchen, in Übereinstimmung mit empirischen Daten über das Kurzzeitgedächtnis, die Duftmarkierung und das Nahrungssuchverhalten von Bienen …“, schreiben Doran und Kollegen. Die Bestäuber haben eine von zwei Strategien, um Pollen zu sammeln. Entweder Futter am nächsten Blume bzw Futter beliebig Blume."
Die Pflanzen wurden mit Pollenkörnern bestückt. Jedes Mal, wenn ein Bestäuber sie besucht, holt er sich eine festgelegte Anzahl von Staubbeutelkörnern und legt einige Körner an der Narbe der Blume ab. Wichtig ist, dass das Modell verfolgt, ob die Pflanze konspezifische oder heterospezifische Körner erhält. Nur arteigene Körner können die Pflanze bestäuben. Das ist entscheidend, denn nachdem das Modell die Bestäubungsphase durchlaufen hat, durchläuft es anschließend eine Reproduktionsphase.
Die lebensfähigen Pflanzen produzieren Samen, die leicht streuen. Dann werden die Pflanzen aus der Simulation gelöscht. Als nächstes werden die Samen zu Pflanzen. Jede Pflanze im Refugium des Gegners wird als „nicht lebensfähig“ gelöscht. Eine neue Bestäuberpopulation wird generiert und zufälligen Orten zugewiesen, und der Zyklus beginnt von neuem. Nach einigen Schleifen können Sie sehen, was im Laufe der Zeit passiert.
Das nächste Element der Simulation besteht darin, die Bedingungen zu ändern. Doran und Kollegen taten dies, indem sie veränderten, wie Pollen miteinander konkurrieren, oder indem sie die Refugien entfernten. Das Team erwog drei Möglichkeiten, wie Pollen konkurrieren könnten. Im ersten Szenario war dies nicht der Fall. Im zweiten und dritten Szenario kam es zu „Verstopfungen“.
Verstopfung ist das, was passiert, wenn Pollen einer anderen Pflanze Pollen im Wege stehen, die eine Eizelle befruchten könnten. Wenn also in der Simulation Pollen von der falschen Pflanze zuerst ankamen, könnte es zu Verstopfungen kommen. In einem Szenario erfolgte die Verstopfung in eine Richtung, sodass X Y verstopfen konnte, aber nicht umgekehrt. Im anderen Szenario könnten die Pollen beider Pflanzen verstopfen, sodass beide Pflanzen ihre Fortpflanzungsmöglichkeiten verlieren könnten.
Als das Team die Simulationen durchführte, waren die Ergebnisse beeindruckend.
Ohne Verstopfung existierten normalerweise beide Anlagen nebeneinander. Meistens gab es beide Pflanzen nach 1000 Generationen. Aber nicht immer. In 14 % der Fälle hatte eine der Pflanzen Pech und wurde ausgerottet. Aber selbst bei diesen Ergebnissen dauerte die Ausrottung mindestens 400 Generationen. Wenn Verstopfung erlaubt war, konnte es viel schneller passieren.
Als die Simulation so eingerichtet wurde, dass Bestäuber auf jeder Blume nach Nahrung suchen, und eine Einweg-Verstopfung, wurde immer eine Art eliminiert. Im Durchschnitt würde es weniger als 17 Generationen dauern, und der Verlierer würde aus seinem Refugium vertrieben, obwohl die andere Pflanze nicht hinein durfte. Im Fall der Zwei-Wege-Verstopfung dauerte es im Durchschnitt weniger als 20 Generationen, bis eine Pflanze verschwand.
„Unsere Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass heterospezifische Pollenablagerung das Potenzial hat, als „Unfruchtbarkeitsbombe“ zu wirken. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass ein Konkurrent aus einer Region ausgeschlossen wird, in der beide Pflanzenarten ansonsten potenziell nebeneinander leben könnten.“ schreiben Doran und Kollegen. „Unsere Simulationsergebnisse deuten darauf hin, inwieweit Pollenfehllieferungen möglicherweise in unser Verständnis der Pflanzenkonkurrenz einbezogen werden müssen, auch wenn die Zeiträume, die für typische ökologische Studien zur Verfügung stehen, möglicherweise zu kurz sind, um die gesamte Abfolge der Ereignisse direkt zu erfassen.“
Doran und Kollegen stellen fest, dass Blumen allen möglichen evolutionären Belastungen ausgesetzt sind, es gibt also keinen reinen Pollenwettbewerb. Sie argumentieren jedoch, dass bei einer Verstopfung in eine Richtung die Pollenkonkurrenz erheblich sein könnte. Ihre Ergebnisse fügen eine gewisse chronologische Tiefe hinzu ein Vorschlag von Alexander Suárez‐Mariño und Kollegen in einem Artikel in der Amerikanische Zeitschrift der Botanik vom letzten Jahr. Sie stritten Der Erfolg einiger invasiver Pflanzen könnte darauf zurückzuführen sein, dass ihre Pollen einheimische Pflanzen blockieren. Ihre Studie untersuchte die Verträglichkeit von bidens pilosa, Blackjack, zu heterospezifischen Pollen im Vergleich zu einheimischen Pflanzen.
Zusammen weisen die beiden Studien darauf hin, dass der Verlust eines bestimmten Bestäubers für eine Pflanzenpopulation tödlich sein könnte, selbst wenn sie kurzfristig einen Bestäuber mit ihren Nachbarn teilen kann.
Sie können den Artikel kostenlos über ReadCube unter lesen https://rdcu.be/cbmOE und wenn Sie die Simulation selbst ausführen möchten, ist der Quellcode Open Access via GitHub unter https://github.com/tim-taylor/evobee.
