Originalversion in portugiesischer Sprache von Peter Moon.

Als zweitgrößtes südamerikanisches Biom (nach dem Amazonaswald) ist der Cerrado die artenreichste Savannenumgebung der Welt – und verschwindet schnell.

Bis in die 1960er Jahre blieb der Cerrado weitgehend unberührt. Nach der rasanten Ausbreitung der Viehzucht und der landwirtschaftlichen Nutzflächen sind laut Conservation International heute nur noch 21 % der ursprünglichen Vegetation des Bioms erhalten.

Die Vegetation des Cerrado besteht aus Gräsern, Sträuchern und spärlichen Bäumen. Sie sind Pflanzen, die angepasst sind, um während der langen Trockenzeitperioden zu überleben, die die Trockenzeit charakterisieren. Als jedoch die ersten Regenfälle eintreffen, ändert sich alles und der Cerrado blüht auf. Gleichzeitig keimen die Samen verschiedenster biomtypischer Gattungen und Pflanzenfamilien, als wären sie die Instrumente eines großen Orchesters, die unisono spielen.

Das zeigt eine Studie der State University of São Paulo (Unesp). die unterschiedlichen Strategien der verschiedenen Pflanzengruppen des Cerrado um Früchte zu tragen und Samen zu verbreiten, die mit der Ankunft des Regens das ganze Jahr über keimen.

In tropischen Regionen mit saisonalem Klima ist die Verfügbarkeit von Wasser im Boden der Hauptfaktor, der die Etablierung und das Wachstum von Sämlingen einschränkt. „In saisonalen tropischen Ökosystemen wird die Zeit, zu der die Samen keimen, durch die Beziehung zwischen Fruchtphänologie und Samenruhe reguliert“, sagte der kolumbianische Biologe Diego Fernando Escobar, der Erstautor des Artikels und Doktorand am Institute of Biosciences der State University Paulista (Unesp), in Rio Claro, mit FAPESP-Stipendium.

Im Allgemeinen haben Arten, die Samen zu Beginn der Regenzeit ausbreiten, nicht ruhende Samen, die schnell keimen, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens ausreichend ist. Samen, die am Ende der Regenzeit und zu Beginn der Trockenzeit – eine Zeit, in der die klimatischen Bedingungen für die Aussaat (Pflanzenembryos) nicht ausreichend sind – verstreut werden, fallen in einen Ruhezustand und bewahren die Keimfähigkeit für den Beginn der nächsten Regenzeit .

„Die Beziehung zwischen Fruchtphänologie und Ruhephase in den Tropen wurde auf Gemeinschaftsebene für Waldökosysteme getestet, aber Studien über Savannen sind rar und auf bestimmte Kladen [phylogenetische Baumzweige] beschränkt, was es schwierig macht, die allgemeinen Regenerationsmuster zu verstehen diesem Biodiversitäts-Hotspot“, sagte Escobar.

„Außerdem berücksichtigen solche Studien nicht verschiedene Klassen von Ruhe- und Ausbreitungssyndromen. Die Beziehung zwischen Ruheklassen und lebensgeschichtlichen Merkmalen von Arten [wie unterschiedliche Jahreszeiten der Ausbreitung und Sameneigenschaften] sind für die Savannen nicht vollständig verstanden“, sagte Escobar.

„Wir haben versucht zu überprüfen, ob das Muster der Fruchtbildung, Verteilung und Keimung von Samen im Cerrado dem entspricht, was in anderen saisonalen tropischen Ökosystemen passiert“, sagte er.

Obwohl die Samenruhe als Hauptmechanismus zur Steuerung des Zeitpunkts der Samenkeimung in saisonalen Ökosystemen angesehen wird, legen einige Studien nahe, dass die Samenkeimung sowohl durch die Ruhe als auch durch die Samenausbreitungsperiode gesteuert wird. „Genau das konnten wir verifizieren“, sagte Escobar.

Die Studie wurde unter der Leitung von Professor Patricia Morellato, Leiterin des Labors für Phänologie, Abteilung für Botanik, Unesp-Institut für Biowissenschaften von Rio Claro, und in Zusammenarbeit mit Professor Fernando Augusto de Oliveira und Silveira, Abteilung für Botanik, Universidade Federal de Minas, durchgeführt Allgemein.

Samenverteilung

Escobar sammelte Samen von verstreuten Pflanzen zwischen März 2015 und März 2016, mit regelmäßigen Intervallen von 15 Tagen zwischen jeder Sammlung. Samen von 34 Arten, die zu 28 Gattungen und 16 Familien gehören, wurden gesammelt, darunter 31 holzige und drei krautige Arten.

Früchte von mindestens zehn Individuen jeder Art wurden gesammelt, mit Ausnahme von Ground Clover (Qualea Dichotoma), Roter Ucuuba (Virola sebifera) und Pau Santo (Kielmeyera coriacea), wo das Team nur von einem Individuum pro Art Früchte nahm.

Ziel war es, den Anteil der ruhenden Arten in der Cerrado-Gemeinschaft und die mit der Ruhezeit verbundenen klimatischen und naturgeschichtlichen Faktoren zu bestimmen.

Sie fanden heraus, dass die Anteile von ruhenden und nicht ruhenden Cerrado-Arten ähnlich waren (47.1 % bzw. 52.9 %). Nachdem die Keimungsdaten tabelliert waren, gingen sie zur zweiten Phase der Arbeit über: die Bestimmung des Zeitpunkts, zu dem die verschiedenen Arten Früchte tragen und Samen ausbreiten.

„Die Fruchtmuster des Cerrado sind durch die Produktion von reifen Früchten das ganze Jahr über gekennzeichnet, aber ein großer Anteil von Artenfrüchten am Ende der Trockenzeit und zu Beginn der Regenzeit“, erklärte Escobar.

Unter den untersuchten Arten verbreiteten 38.2 % Samen während der Regenzeit, 14.7 % im Übergang zwischen Regen und Dürre, 20.6 % in der Trockenzeit und 26.5 % im Übergang von trocken zu regnerisch. Dies war nur dank einer Datenbank mit Informationen zur Phänologie der Fruchtbildung der Cerrado-Pflanzen möglich.

Diese phänologischen Informationen werden seit 2004 gesammelt und wurden über 14 Jahre Forschung mit Unterstützung von FAPESP in einem privaten Reservat in der Gemeinde Itirapina im Bundesstaat São Paulo gesammelt. Außerdem wurde das Verteilungsverfahren bestimmt, für das jede Art geeignet ist.

Es gibt drei Arten der Samenverbreitung unter den Cerrado-Pflanzen. Zoocoric-Samen werden durch die Einwirkung von Tieren und die Anemocoric-Samen durch die Einwirkung von Winden verbreitet. Autochore (selbstaussäende) Pflanzen verbreiten ihre Samen ohne die Hilfe eines externen Mittels, das heißt, die Samen fallen einfach neben der Mutterpflanze auf den Boden.

Zoocoric-Arten haben fleischige Früchte oder fleischige Strukturen um die Samen herum. Die anemokorischen Arten haben Samen mit Strukturen, die angepasst sind, um die Kraft der Winde auszunutzen. Die autochoren Arten haben jedoch weder fleischige Strukturen noch zeigen sie Strukturen, von denen bekannt ist, dass sie die Windausbreitung erleichtern.

Bei der Analyse der Daten bestätigte Escobar, dass die Zoochorie das häufigste Ausbreitungssyndrom unter den Pflanzen des Cerrado de Itirapina (64.7 %) war, gefolgt von Anemochorie (20.6 %) und schließlich Autochorie (14.7 %).

Neben der Bestimmung, welche Arten der Itirapina ruhen können und welche nicht, ermöglichten die Keimtests im Labor die Bestimmung der Temperaturbedingungen, die zum Keimen der Samen jeder der 34 Arten erforderlich sind.

Für die Keimungsversuche wurden die Samen in Petrischalen mit zwei Lagen Filterpapier getränkt mit destilliertem Wasser unter weißem Licht 24 Stunden am Tag und bis zu fünf konstanten Temperaturen (15, 20, 25, 30 und 35 °C) platziert. Für jede Art wurden je nach Verfügbarkeit zwischen 120 und 150 Samen für jede Temperatur getestet.

Die Keimung wurde durch die Krümmung der Wurzel oder des Vorsprungs der oberirdischen Strukturen bestimmt. Die Versuche wurden einen Monat lang dreimal pro Woche überwacht, danach wurde die Keimung wöchentlich für einen Zeitraum von maximal 12 Monaten oder bis zur Erstellung der Keimungskurve überwacht.

Als optimale Keimtemperatur wurde für jede Art die Temperatur bzw. Temperaturmatrix mit dem höchsten Prozentsatz an Keimung und Keimrate ermittelt. Die optimale Temperatur für die Samenkeimung der meisten Arten lag zwischen 25 °C und 30 °C.

„Keimungsexperimente zeigten, dass der Zeitpunkt der Samenkeimung in der Cerrado-Gemeinschaft sowohl von der Ausbreitungssaison (Beginn der Regenzeit) als auch von der Ruhezeit gesteuert wird, was sich von anderen Studien in saisonalen Ökosystemen, einschließlich Savannen, unterscheidet, die die Ruhe als Hauptmechanismus anerkennen Kontrolle der Keimung “, sagte Escobar.

Die meisten Arten keimten zu Beginn der Regenzeit, und sowohl die Ausbreitungszeit als auch die Samenruhe kontrollierten die Keimzeit der Samen.

Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Art ruht, hing von der Wechselwirkung zwischen Jahreszeit und Art der Ausbreitung ab, wobei Arten mit begrenzter Ausbreitung (Autochorie) eher ruhten – während Arten mit Samenstreuung in größeren Entfernungen (Anemochorie und Zoochorie) eher ruhten, wenn während des Übergangs von Regen zu Dürre kam es zu Streuungen.

„Die Ausbreitung während des Übergangs zwischen Regen und Dürre begünstigt die Entwicklung der Samenruhe, da die Umweltbedingungen für die Keimung günstig sind, aber nicht für die Etablierung von Sämlingen“, erklärte Morellato.

Das Vermeiden der Keimung während der Trockenzeit ist ein Vorteil, an den sich alle Cerrado-Pflanzen angepasst haben. In der Studie produzierten alle Arten, die kurz vor Beginn der Trockenzeit Samen ausbreiteten, ruhende Samen, unabhängig von der Taxonomie oder dem Ausbreitungssyndrom. Andererseits kann die Ruhe bei autochoren Arten mit einer verminderten Kompetenz zwischen den Sauen zusammenhängen, wodurch das Risiko der Sterblichkeit der Sämlinge im Laufe der Zeit verteilt wird.

„Wir wissen jetzt, dass die Phänologie [die Untersuchung der Beziehungen zwischen biologischen Prozessen und Zyklen und dem Klima] der Frucht- und Samenkeimung von Pflanzen im Cerrado nicht genau den Mustern folgt, die in anderen saisonalen tropischen Ökosystemen zu finden sind. Dies ist die erste umfassende Studie, die sich mit der Ökologie der Samenruhe in einer Gemeinschaft von Cerrado befasst und darauf abzielt, die Beziehung zwischen Fruchtphänologie und Samenruhe zu bewerten und wie diese Beziehung durch Ruheklassen, Dispersionssyndrome und Samenmasse und -feuchtigkeit moduliert wird“, sagte Morellato.

Laut dem Unesp-Professor zeigen die Ergebnisse der Studie nicht nur Muster von Fruchtbildungs- und Keimphänomenen auf Gemeindeebene im Cerrado, sondern verdeutlichen auch, wie die Ruheklassen durch die Wechselwirkung zwischen Jahreszeit und Ausbreitungssyndrom moduliert werden, was ein besseres Verständnis der Entwicklung der Samen.

„Eine Konsequenz aus den Ergebnissen der Studie ist, dass bei ökologischen Renaturierungsversuchen des Cerrado mit seinen einheimischen Arten die Jahreszeit berücksichtigt werden muss. Wenn es nicht so ist, wird es nicht funktionieren. Die Samen werden entweder nicht keimen oder die Sämlinge sterben, bevor sie Zeit haben, Wurzeln auszudehnen und Ressourcen anzusammeln, um in der Trockenzeit zu überleben“, sagte Morellato.