Verhalten sich alle Samen gleich? In einem Artikel in Annals of Botany, argumentieren Anne Visscher und Kollegen es eine Tendenz zu gemäßigten Saaten gibt und dass dies Versuche, ökologische Modelle zu bauen, in die Irre führen könnte. Sie kommen zu dem Schluss, dass die Tendenz, Bergpflanzen als Alpenpflanzen zu sehen, einige der einzigartigen Bedingungen verliert, denen tropische Bergpflanzen ausgesetzt sind.

Visscher und Kollegen untersuchen die geografische Ausrichtung in ökologischen Studien und globalen Übersichten, wobei sie sich auf tropische Ökosysteme konzentrieren. Sie argumentieren, dass die Tropen in der Pflanzenforschung und Studien zum Klimawandel deutlich unterrepräsentiert sind. Pflanzensamen haben zahlreiche Merkmale, die bei ökologischen Funktionen eine Rolle spielen, und Botaniker haben herausgefunden, dass einige dieser Merkmale Muster aufweisen, die mit geografischen/klimatischen Zonen korrelieren.

Um allgemeine/globale Schlussfolgerungen zu ziehen oder Ergebnisse für die Tropen vorherzusagen, führen Visscher und Kollegen drei zusätzliche Samenmerkmale/Syndrome ein:

  • Austrocknungsempfindlichkeit
  • Relative Embryogröße und Embryowachstum nach der Ausbreitung
  • Keimanforderungen in Hochgebirgsumgebungen

Die Autoren argumentieren, dass eine Ausrichtung auf gemäßigte Zonen bei der Analyse dieser Merkmale negative Auswirkungen auf makroökologische Studien, Vorhersagemodelle und den Pflanzenschutz haben könnte.

KI generierte Kunst basierend auf der Eingabeaufforderung „tropische Berge“. Die untere Hälfte des Bildes hat üppig grüne Hügel, die mit Baumkronen bedeckt sind. Im Vordergrund steht eine gefiederte Palme, die deutlich macht, dass dies eine tropische Umgebung ist. In der oberen Hälfte des Bildes sehen wir blaue Berge, die sich mit zunehmender Entfernung zunehmend im Dunst verlieren, bevor sie einen hellblauen Himmel erreichen.
"Tropische Berge". Bild: canva.

Austrocknung der Samen

Die erste Fallstudie von Visscher und Kollegen erörtert die Forschung zur Austrocknungstoleranz von Saatgut, die ein wesentlicher Faktor ist, der bei der Pflanzenkonservierung und Ex-situ-Konservierung berücksichtigt werden muss. Globale Schätzungen gehen davon aus, dass 8 % der Pflanzenarten weltweit wahrscheinlich austrocknungsempfindliche Samen produzieren, aber dies basiert auf Daten, die auf austrocknungstolerante Arten ausgerichtet sind.

Um das Seed-Speicherverhalten zu bewerten, werden Protokolle wie das '100-Samen-Test', wurden entwickelt, um die Anzahl der für Experimente benötigten Seeds zu reduzieren. Für viele tropische Bäume fehlen jedoch noch Daten zu den Austrocknungsreaktionen der Samen.

Als Beispiel nennen sie eine Studie von Mattana und Kollegen zum Vergleich die Ergebnisse der Sammlung experimenteller Daten und globaler Vorhersagen der Wahrscheinlichkeit der Austrocknung von Artensamen in der Dominikanischen Republik. Die Ergebnisse zeigten, dass Vorhersagen nicht immer genau waren und neue Daten benötigt werden, um die Vorhersagemodelle in Zukunft zu verbessern.

Daher sagen Visscher und Kollegen, dass es wichtig ist, mehr Daten zur Austrocknungsempfindlichkeit von Samen zu generieren, insbesondere für Arten aus tropischen und subtropischen Regionen, da dies Pflanzenschutz- und -entwicklungsprogramme unterstützen und Vorhersagemodelle verbessern kann.

Relative Embryogröße

Für ihre nächste Fallstudie untersuchten die Autoren die Verzerrung der relativen Embryogröße und der Daten zum Embryowachstum nach der Ausbreitung bei tropischen und nichttropischen Arten. Botaniker finden deutliche Unterschiede in der relativen Embryogröße zwischen tropischen und nichttropischen Arten. Tropische Arten haben eine größere Embryo-zu-Samen-Länge und ein größeres Embryo-zu-Samen-Oberflächenverhältnis als nicht-tropische Arten.

Es gab auch eine Tendenz zur Untersuchung der inneren Samenmorphologie vieler Arten aus einer begrenzten Anzahl von Familien und Ordnungen, von denen bekannt ist, dass sie kleine Embryonen haben. Bezüglich des Embryowachstums nach der Verbreitung waren Daten für 171 nicht-tropische Arten aus 32 Pflanzenfamilien und 38 tropische Arten aus 18 Pflanzenfamilien verfügbar.

Diese Diskrepanz in den Daten, argumentieren Visscher und Kollegen, zeigt einen Mangel an Wissen über tropische Arten und dass mehr Forschung in diesem Bereich durchgeführt werden muss, um die beobachteten Verzerrungen zu beseitigen.

Keimanforderungen in Hochgebirgsumgebungen

Visscher und Kollegen produzieren zwei Fallstudien für Keimanforderungen in Hochgebirgsumgebungen. Der erste diskutiert die Unterschiede zwischen gemäßigten und tropischen Hochgebirgsumgebungen und wie sie die Samenkeimung beeinflussen.

Die meisten Untersuchungen zur Samenkeimung haben sich auf gemäßigte Gebiete konzentriert, aber tropische Hochgebirgsökosysteme sind relativ asaisonal, und Aufzeichnungen zeigen, dass tropische Hochgebirgspflanzenarten das ganze Jahr über blühen. Tropische Hochgebirgspflanzen sind dem ganzjährigen Stress durch nächtlichen Frost ausgesetzt, anstatt jährlichen Schneezyklen im Winter und hohen Temperaturen im Sommer ausgesetzt zu sein.

Die Metaanalyse der Forschung zu gemäßigten Hochgebirgsarten ergab, dass die Keimung strenger Hochgebirgsarten durch eine physiologische Samenruhe und einen starken Bedarf an kalter Schichtung oder GA3 (Gibberellinsäure) gekennzeichnet ist, um die Ruhe zu brechen, sowie durch Wärme -cued Keimung und eine positive Reaktion auf wechselnde Temperaturen und Licht. Dieselbe Studie hob jedoch den allgemeinen Bedarf an Samenkeimungsstudien für tropische Hochgebirgsarten hervor.

Untersuchungen an mehrjährigen Asteraceae aus den Páramos der venezolanischen Anden zeigten, dass ihre Samen über einen Temperaturbereich hinweg hohe Keimungsprozentsätze erreichen und möglicherweise keine Samenruhe aufweisen.

Die folgende Fallstudie befasst sich speziell mit den Páramos, tropischen Hochgebirgsökosystemen, die hauptsächlich in Kolumbien, Venezuela und Ecuador zu finden sind. Diese Regionen sind bekannt für ihre besonderen und rauen Umwelt- und ökologischen Bedingungen und sind als Teil des Andes Biodiversity Hotspot aufgeführt. Sie erbringen mehrere Ökosystemleistungen wie Kohlenstoffspeicherung und Wasserversorgung für Städte, Landwirtschaft und Wasserkraft. Sie sind jedoch anfällig für globale Klimaänderungen, anthropogene Störungen und die Einschleppung invasiver Arten.

Trotz der evolutionären und ökologischen Bedeutung und Bedrohung dieser tropischen Hochgebirgsökosysteme wurde die Erforschung der Samenmerkmale von Arten, die im kolumbianischen Páramo vorkommen, weniger untersucht als die von weiter verbreiteten Arten.

Die Analyse der Dokumente, die über Samenmerkmale von Arten im kolumbianischen Páramo berichteten, ergab, dass von Experten begutachtete wissenschaftliche Artikel viel seltener vorkamen als Dokumente aus anderen Quellen. Die Zahl der Veröffentlichungen variierte stark zwischen den Zielarten, mit einem Maximum von über 500 Dokumenten für den Kosmopoliten Sildrefamilien und keine für bestimmte Arten.

Beim Filtern nach Sprache waren 36.6 % der abgerufenen Dokumente in Spanisch und anderen Sprachen wie Portugiesisch verfasst. Dies unterstreicht den Bedarf an weiteren Studien zu morphologischen und funktionellen Samenmerkmalen der einheimischen Páramo-Flora und an Suchen in mehreren Sprachen sowohl in der grauen als auch in der Peer-Review-Literatur, um alle derzeit verfügbaren Informationen abzudecken.

Visscher und Kollegen kommen zu dem Schluss:

Um die negativen Auswirkungen geografischer Verzerrungen auf Forschungs- und Vorhersagemodelle auf der Grundlage globaler Datensätze zu vermeiden, schlagen wir vor: (1) die Einbeziehung aller vorhandenen Daten zu verbessern, indem mehrsprachige Suchen sowohl in der grauen als auch in der Peer-Review-Literatur durchgeführt werden; (2) Generierung zusätzlicher Daten aus den Tropen und einem breiteren Spektrum von Familien sowohl in gemäßigten als auch in tropischen Regionen unter Berücksichtigung der intraspezifischen Variabilität; und (3) Verbesserung der Verfügbarkeit und Zugänglichkeit neu gesammelter Daten durch deren Aufnahme in Saatgutdatensätze (z Ordóñez-Parra et al., 2022), die umfassende globale Datenbanken mit Samenmerkmalen füllen könnten (z. B. SeedArc: http://unioviedo.es/seedarc/). Darüber hinaus könnte die Verfügbarkeit von Daten zu Saatguteigenschaften, die von Saatgutbanken für die Konservierung generiert werden, dazu beitragen, diese geografische Verzerrung zu überwinden, wie beispielsweise die Keimungsdaten zeigen, die aus dem Millennium Seed Bank Partnership Data Warehouse heruntergeladen wurden (http://brahmsonline.kew.org/msbp) in Wache et al. (2020) (siehe auch den methodischen Ansatz in Carta et al., 2022). Da Gründe für geografische Voreingenommenheit die Verfügbarkeit von Finanzmitteln und die geografische Verteilung von Forschern umfassen (Gurke et al., 2019), könnten unsere vorgeschlagenen Strategien durch zusätzliche Finanzierungsmöglichkeiten für die tropische Pflanzenforschung sowie durch internationale Kooperationen ermöglicht und unterstützt werden.

Visscher et al. 2022

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Visscher, AM, Vandelook, F., Fernández-Pascual, E., Pérez-Martínez, LV, Ulian, T., Diazgranados, M. und Mattana, E. (2022) „Die geringe Verfügbarkeit funktioneller Saatgutdaten aus den Tropen könnte sich negativ auf globale makroökologische Studien, Vorhersagemodelle und den Pflanzenschutz auswirken" Annals of Botany, 130(6), S. 773–784. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/aob/mcac130.

Zusammenfassung bearbeitet aus der Ausgabe von GPT-3 Modell.