In Tasmanien und einigen Teilen von Victoria findet man die höchste blühende Pflanze der Welt. Es hat eine Vielzahl von Namen, Mountain Ash und Swamp Gum sind zwei. Der wissenschaftliche Name macht deutlich, dass es sich nicht um eine Esche handelt (Fraxinus) und verweist auf seine Größe: Eukalyptus regnans. Die höchsten Bäume sind erstaunlich hoch und mit den höchsten Mammutbäumen vergleichbar. Es ist möglich, dass sie sogar größer als ein Mammutbaum werden, wenn sie lange genug belassen werden. Ihr Lebenszyklus erfordert jedoch, dass ihre Wälder brennen, damit die nächste Generation durchkommen kann. Ein neues Papier von Rod Griffin und Kollegen, Lebenszyklusausdruck der Inzuchtdepression bei Eucalyptus regnans und intergenerationale Stabilität seines gemischten Paarungssystems, untersucht diesen Lebenszyklus ausgehend von den Blumen.

E. regnans hat ein gemischtes Paarungssystem, bei dem die Blumen Samen produzieren können, indem sie Pollen mit anderen Pflanzen austauschen und auskreuzen. Die Blüten sind zwittrig, das heißt, sie haben männliche und weibliche Komponenten, wie viele Blütenpflanzen. Wenn sie männliche und weibliche Teile haben, fragen Sie sich vielleicht, warum sie sich nicht einfach selbst bestäuben. Manchmal tun sie es.

Selbstbestäubung hat ihre Nachteile für Pflanzen. Es reduziert den Genfluss durch eine Population. Es scheint E. regnans hat einen Weg gefunden, die Selbstbestäubung zu reduzieren; die Blumen sind protandrous. Die männlichen Teile der Blüte reifen vor den weiblichen Teilen. Aber ein E. regnans kann anderthalb Millionen Blüten haben. Es ist eine riesige Nahrungsquelle für die Insektenbestäuber der Pflanze. Die massive Blüte bedeutet, dass es einem Insektenbestäuber möglich ist, Pollen während der Nahrungssuche zu verschiedenen Teilen desselben Baums zu tragen.

Sobald die Blüten Früchte tragen, lagern sie die Samen bis zu drei Jahre lang in Holzkisten am Baum, bevor sie abfallen, aber das hilft der Art normalerweise nicht. „Die Art hat sehr kleine Samen, die nicht in der Samenbank des Bodens verbleiben“, sagte Rod Griffin.

„Für eine erfolgreiche Keimung benötigen sie ein offenes mineralisches „Aschebett“, das in unregelmäßigen Abständen durch Feuer erzeugt wird. Die Bäume tragen mehrere Jahre Samen in ihren holzigen Kapseln, die sich nach dem Feuer öffnen und einen riesigen Samenregen erzeugen.“

Das Feuer löscht die alten Bäume und öffnet die Landschaft für eine neue Pflanzenkohorte. Prof. Griffin sagte: „Die resultierende Regeneration ist mehr oder weniger eine gleichaltrige Monokultur (in Bezug auf Baumarten), obwohl die Feuerintensität natürlich in der Landschaft variieren wird, so dass es ein Mosaik von Flecken unterschiedlichen Alters geben kann.“

Prof. Griffin betonte, wie wichtig Feuer für den Fortpflanzungserfolg ist. „Wenn es 400 Jahre oder länger kein Feuer gibt, kann es zu einer Sukzession des Nothofagus-Waldes kommen, und die Eukalyptuskomponente geht verloren.“

Der Baumbestand beginnt mit der letzten Samenladung der Bäume nach einem Brand. Wie kommt es also zu einer Inzuchtdepression, bei der die selbstbestäubten Bäume gegenüber den ausgekreuzten Bäumen den Kürzeren ziehen? Das Papier drin Annals of Botany veröffentlicht die Ergebnisse einer 29-jährigen Studie, die den heranwachsenden Bäumen folgt. Allerdings war es ursprünglich nicht darauf ausgelegt, so lange zu dauern.

„Diese Experimente waren Teil einer Reihe von Untersuchungen zur Reproduktionsbiologie von E. regnans, die darauf abzielten, die Gestaltung und Bewirtschaftung neuer kommerzieller Samenplantagen zu untermauern“, sagte Prof. Griffin.

„Wir wussten von einer früheren Studie (Eldridge & Griffin 1983), dass selbstbefruchtete Nachkommen eine starke Inzuchtdepression für das Wachstum zeigten, und wir wollten verstehen, wie die Bäume selbstbefruchtetes Saatgut produzierten und die Folgen für die natürliche Regeneration (ein System, das in den einheimischen Eukalyptuswäldern immer noch weit verbreitet ist) und in Plantagen. Dieses umfassendere Projekt wurde in den 1980er Jahren abgeschlossen, und es wurden eine Reihe von Veröffentlichungen produziert, z Griffinet al. 1987; Griffin & Cotterill 1988; Moranet al. 1989, aber glücklicherweise behielten die Landbesitzer den großen Feldversuch zur Holzproduktion und erlaubten den laufenden Zugang.

„Ein Promotionsprojekt untersuchte die Standstruktur im Alter von 15 Jahren (Hardner & Potts 1997). Vor der Ernte besuchten wir den Versuch erneut und stellten fest, dass die Samenproduktion bei einigen Bäumen begonnen hatte. Dies bot eine einzigartige Gelegenheit, den Ausdruck von Inzuchtdepression während der gesamten präreproduktiven Phase des Lebens zu untersuchen und das Paarungssystem mit dem der vorherigen Generation zu vergleichen.“

Der Schlüssel zum Erfolg der ausgekreuzten Pflanzen liegt in der schieren Menge an Samen, die ein Eukalyptusbaum produziert. Prof. Griffin sagte: „Ein Baum kann Millionen von Samen produzieren, und doch muss er sich nur einmal reproduzieren, um die Populationskontinuität aufrechtzuerhalten!“

„Die Kombination aus intensiver Konkurrenzausdünnung und Inzuchtdepression, die Auskreuzungen begünstigt, reicht aus, um sicherzustellen, dass die reproduktive Population effektiv ausgekreuzt wird, unabhängig vom Anteil des produzierten selbstbestäubten Saatguts.“

Dieser intensive Wettbewerb im Sämlingsstadium bringt einige Kosten für den Genpool mit sich. Prof. Griffin sagte: „Da alle Inzuchtpflanzen unabhängig von ihren spezifischen Genotypen eliminiert werden, gibt es keine Möglichkeit, schädliche Gene zu beseitigen und so die Inzuchtdepression über Generationen hinweg zu reduzieren (Landeet al. 1994).

„Es ist wahrscheinlich kein Zufall, dass das größte Angiosperm der Welt ein Regenerationssystem hat, das die Selektion auf kräftiges Höhenwachstum begünstigen muss. Wie wir in der Arbeit zeigen, ist es unwahrscheinlich, dass sich ein Baum reproduziert, wenn er bis zum Alter von 10 Jahren keine dominante Position im Kronendach erreicht hat.“

Botaniker sind es gewohnt, mit kurzlebigen Arten zu arbeiten, die in einem Jahr einige Generationen durchlaufen. Die Arbeit mit Bäumen ist etwas anders. „Als Baumzüchter und Forstgenetiker arbeiten wir ganz resigniert mit den Zeitvorgaben der Artenbiologie!“ sagte Professor Griffin.

„Sobald wir die Bäume im Boden und eine sichere Zugangs- und Verwaltungsvereinbarung mit den Landbesitzern hatten, mussten wir nur noch das akademische „Unternehmensgedächtnis“ pflegen und die Sammlungen und Laborarbeiten bereitstellen, die für die rechtzeitige Erfassung der nächsten Datentranche erforderlich sind .“

Das Ergebnis ist eine Studie, die Wissenschaftlern einen anderen Einblick in die Evolutions- und Populationsbiologie gibt. „Es gibt viele Artikel, die Modelle der Erwartungen unter verschiedenen Paarungssystemen und Inzuchtannahmen präsentieren, aber eher wenige empirische Studien wie diese … insbesondere mit holzigen mehrjährigen Arten“, sagte Prof. Griffin.

„Es gibt auch Anwendungen im Waldbau und in der Baumzucht. Förster müssen die Folgen für die Plantagenproduktivität kennen, wenn sie eine Mischung aus Selbst- und Fremdsämlingen pflanzen; Züchter sollten sich darum kümmern, Inzucht in ihren Samenplantagen zu minimieren.“

„Unsere Arbeit liefert empirische Beweise dafür, dass ein gemischtes Paarungssystem in einer Art aufrechterhalten werden kann, die auch in der präreproduktiven Phase des Lebenszyklus eine starke Inzuchtdepression aufweist. Wir stellen die Rohdaten gerne jedem zur Verfügung, der Interesse an der Modellierung dieser Dynamik hat.

„Der praktische Unterricht in Bezug auf Waldbau und Züchtung ist mittlerweile gut etabliert, aber wenn wir die Zeit und die Ressourcen hätten, gäbe es viele biologische Fragen, die untersucht werden könnten. Beispielsweise wäre es relativ einfach, Populationen zu finden, in denen die relative Bedeutung der Reproduktionssicherheit untersucht werden könnte.

„Eukalyptus ist eine große Gattung mit im Allgemeinen einem gemischten Paarungssystem (Byrn 2008), aber auch starke Unterschiede in der Fähigkeit, Feuer zu tolerieren und sich davon zu erholen. Es wäre interessant, Arten mit einer Reihe von lebensgeschichtlichen Merkmalen zu nehmen und das Paarungssystem/Inzuchtdepression zu vergleichen, um zu sehen, ob Beweise für eine direkte Selektion auf das Paarungssystem gefunden werden könnten. In der anderen großen australienweiten Gehölzgattung Akazie Es gibt große interspezifische Unterschiede in der Selbstfruchtbarkeit (Gibson et al. 2011). Warum der Unterschied?“