Während die Auswirkungen der Urbanisierung auf das Verhalten von Tieren umfassend untersucht werden, ist wenig darüber bekannt, wie das Leben in der Stadt die Fortpflanzungsmerkmale von Pflanzen beeinflusst. Eine neue Studie von Forschern des National Institute for Environmental Studies in Japan, die kürzlich in Annals of Botanyhat Beweise dafür gefunden, dass Städtische Umgebungen können evolutionäre Veränderungen in den Fortpflanzungsstrategien von Pflanzen bewirken.
Das Team konzentrierte sich auf Portulaca oleracea, eine kleine blühende Pflanze, die allgemein als Portulak bekannt ist und in ganz Japan vorkommt. P. oleracea verfügt über ein einzigartiges Fortpflanzungssystem, bei dem einzelne Pflanzen genetisch dazu prädisponiert sind, entweder offene, insektenbestäubte Blüten (chasmogame oder CH-Pflanzen) oder selbstbestäubende, geschlossene Blüten (kleistogame oder CL-Pflanzen) zu produzieren. Diese duale Strategie ermöglicht es der Pflanze, sich an unterschiedliche Umweltbedingungen anzupassen. Die Entwicklung und Verbreitung dieser Fortpflanzungsmerkmale als Reaktion auf die Urbanisierung standen im Mittelpunkt dieser Untersuchung.
Um die Fortpflanzungsstrategien in städtischen und ländlichen Gebieten zu vergleichen, sammelten die Forscher Samenproben von zehn P. oleracea-Populationen, die in den städtischen Gebieten Tokios verstreut waren, und zehn Populationen aus eher ländlichen Gebieten. Sie züchteten die Samen in einem kontrollierten Garten und zeichneten Blütentyp, Blütezeitpunkt und Samenproduktion für jede daraus resultierende Pflanze auf. Erstautor Tomohiro Fujita in persönlicher Kommunikation mit Annals of Botany sprach über die Vorteile, die das Common-Garden-Experiment bietet, um die Auswirkungen der Urbanisierung auf reproduktive Merkmale zu verstehen. „Um die Evolution zu bestätigen, müssen wir zwischen genetischen Veränderungen und Umweltveränderungen (also Plastizität) unterscheiden. Ich glaube, dass Common-Garden-Experimente ein wirksames Mittel sind, um zwischen beiden zu unterscheiden“, sagte er.
Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Unterschied zwischen Stadt- und Landpflanzen. In städtischen Gebieten gab es weitaus weniger offene CH-Pflanzen, die auf Insektenbestäuber angewiesen sind, als in ländlichen Gebieten, wo offene CH-Pflanzen häufiger waren. In den Städten dominierten geschlossene CL-Pflanzen, die sich selbst bestäuben können, ohne auf die Hilfe von Insekten angewiesen zu sein.
Darüber hinaus blühten die in der Stadt heimischen CL-Pflanzen früher und bildeten früher Samen als ihre Gegenstücke in ländlichen CL- oder CH-Gebieten. Sie produzierten im Durchschnitt auch schwerere Samen. Die Forscher glauben, dass diese Eigenschaften den Pflanzen helfen würden, Hitze- und Dürrestress zu vermeiden – zwei Umweltbelastungen, die in städtischen Gebieten mit heißerem Mikroklima und geringerer Wasserverfügbarkeit noch verschärft werden.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin P. oleracea in städtischen Gebieten entwickelt sich in Richtung Selbstbefruchtung“, sagt Fujita. „Während sich Selbstbefruchtung aufgrund kurzfristiger Vorteile wie der Fortpflanzungssicherheit in Populationen ausbreiten kann, könnte sie das Evolutionspotenzial auf Populationsebene verringern und das Risiko des Aussterbens erhöhen. Wenn sich beispielsweise die städtischen Wachstumsbedingungen aufgrund des zukünftigen Klimawandels ändern, haben Individuen mit kleistogamen Blüten möglicherweise ein geringes Evolutionspotenzial und sind möglicherweise nicht in der Lage, ihre Populationen aufrechtzuerhalten. Ich glaube, dass zu diesem Thema weitere Forschung erforderlich ist.“
Durch den Nachweis von reproduktiven Veränderungen, die mit der Umgebung der Pflanze zusammenhängen, zeigt die Studie, dass die Urbanisierung ein starker Treiber der evolutionären Veränderung in den Fortpflanzungssystemen von Pflanzen ist, wie P. oleracea. Da sich Städte immer weiter ausdehnen und natürliche Lebensräume verändern, ist das Verständnis dieser Anpassungsmechanismen von entscheidender Bedeutung für die Vorhersage, wie Pflanzenarten auf die künftige Urbanisierung reagieren werden.
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Fujita T., Tsuda N., Koide D., Fukano Y. und Tomomi I. (2024) „Die Blume öffnet sich nicht in der Stadt: Evolution der pflanzlichen Fortpflanzungsmerkmale Portulaca oleracea in städtischen Bevölkerungen" Annals of Botany. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcae105
