Wie entwickeln sich Blumen? Dies ist ein Rätsel, das von Wei Lai und Louis Ronse de Craene in ihrer Arbeit angegangen wird Was ist die Natur der Blütenblätter in Caryophyllaceae? Entwicklungsnachweise verdeutlichen ihren evolutionären Ursprung. Darin untersuchen die Autoren mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie das Innere von Blumen aus nächster Nähe. Während das Thema eine Angelegenheit für Morphologen oder Evo-Devo-Biologen zu sein scheint, ist die Frage in der gesamten Botanik von Bedeutung. Louis Ronse de Craene sagte: „Das Thema, das ich untersuche, ist eine der grundlegenden Fragen der Morphologie, nämlich ‚was sind Blütenblätter?'. Mit der Diversifizierung von Blütenpflanzen hat sich eine attraktive Blütenhülle mehrmals unabhängig voneinander entwickelt, entweder durch die Färbung (Petaloidie) einer bestehenden Blütenhülle oder durch Umwandlung von Staubblättern oder aus beidem.“
Die Blumen, die Wei und Ronse de Craene untersuchen, sind die Caryophyllaceae, manchmal auch als Familie der Nelken bekannt. Diese Pflanzen stellen ein besonderes Rätsel dar. Ronse de Craene sagte: „In der Ordnung Caryophyllales war der Ursprung der Blütenblätter nie klar, und besonders Caryophyllaceae wurden als typisches Beispiel angeführt, wo Blütenblätter durch Fragmentierung von Staubblättern entstehen. Unsere Arbeit zeigt, dass sich der zweite Blütenwirtel der Caryophyllaceae nicht grundlegend von den meisten fünfzähligen Blüten mit einer differenzierten Blütenhülle unterscheidet und dass die offensichtliche Verbindung mit den Staubblättern die Folge einer Tendenz zur Blütenblattverkleinerung und -verlust ist.“
Der zweite Wirtel besteht aus den Blütenblättern im Inneren der Pflanze. Ronse de Craene sagte: „Bei den meisten Blumen ist der zweite Windungskranz von Blütenblättern oder einer Krone besetzt und der erste Windungskranz von Kelchblättern oder einem Kelch, es sei denn, sie gehen in der Evolution verloren. Es gibt Blüten, die ihre Krone verloren haben und einen attraktiven Kelch haben (viele Gruppen bei Caryophyllales, aber nicht bei Caryophyllaceae), aber auch Fälle ohne Kelch und auffällige Blütenblätter (z. B. Santalales). Wir wissen nicht immer, woher die Blütenblätter kommen. Daher ist es wichtig, die Organe des zweiten Wirbels als Petaloide (die wie Blütenblätter aussehen) zu bezeichnen.“
Wenn man sich die Familie der Caryophyllaceae ansieht, fällt auf, wie vielfältig sie sind, wobei einige Pflanzen Blütenblätter haben, andere nicht. Während die Vielfalt der Familie eine Gelegenheit ist, Evolution in Aktion zu sehen, kann sie auch ein Problem sein. Ronse de Craene sagte: „Die Vielfalt der Caryophyllaceae macht es schwierig, den Zustand in den frühesten Blüten zu bestimmen. Innerhalb der Familie und in den Schwestergruppen kommt es immer wieder zu Blütenblattverlusten, aber auch zu späten Blütenblattversteifungen. Es gibt keinen Hinweis darauf, dass sich Blütenblätter aus dem Nichts oder aus Staubblättern entwickelt haben. Die frühesten divergierenden Caryophyllaceae haben Blütenblätter, aber sie sind nicht stark entwickelt, aber dies spiegelt die große Vielfalt in der Blütenblattausprägung wider.“
Eine der Erkenntnisse von Wei und Ronse de Craene ist, dass der Zeitpunkt für das Verständnis der Blütenblattentwicklung entscheidend ist. Ronse de Craene erklärte: „Die Veränderung des Zeitpunkts der Blütenblattbildung hat sehr wichtige Konsequenzen für die Entwicklung der Blütenblätter. Durch eine Verzögerung der Blütenblattbildung werden die Blütenblätter vom Staubblattgewebe (das sich schneller entwickelt) absorbiert und unterliegen dem genetischen Einfluss der Staubblätter. Dies führt zu einem sich verändernden räumlichen Muster und einer stärkeren morphologischen Ähnlichkeit der Blütenblätter mit den Staubblättern, beeinflusst durch das Zusammenspiel aller Organe der Blüte. Erst in der Mitte ihrer Entwicklung holen die Blütenblätter entweder auf und wachsen deutlich schneller oder bleiben klein und neigen zum Verlust.“
„Das interessiert mich besonders wie mechanische Kräfte die Blume formen, mit besonderem Bezug auf Caryophyllales, wo Kelchblätter und Fruchtblätter dazu neigen, einen starken Einfluss auf die Initiierung und das Wachstum von Staubblättern und Blütenblättern zu haben.“
Ein Beispiel dafür, dass diese physische Präsenz eine Wirkung hat, ist in einem anderen Artikel von Ronse de Craene und Wei zu sehen. "Florenstruktur und Entwicklung von Macarthuria australis (Macarthuriaceae): Schlüssel zum Verständnis der ungewöhnlichen Initiationssequenz von Caryophyllales." in der australischen systematischen Botanik. Die ersten beiden Blütenblätter beginnen nach den äußeren Kelchblättern zu wachsen, aber der Rest löst nach dem Androeceum, der Ansammlung von Staubblättern in der Blüte, aus. In einem so engen Raum ohne Platz zum Wachsen werden die restlichen Blütenblätter vom Staubblattgewebe absorbiert.
Die physikalische Dynamik der Blütenentwicklung bleibt ein fruchtbarer Boden für die Forschung und weitere Veröffentlichungen sind in Vorbereitung. Ronse de Craene sagte: „Gemeinsam mit meinem Kollegen Lai Wei haben wir Pläne, diese Fragen in Caryophyllales weiter zu untersuchen. Wir schreiben derzeit ein Manuskript, das untersucht, wie Anzahl und Position der Fruchtblätter in Caryophyllaceae schwanken können. Eine ungewöhnliche Tatsache für Caryophyllaceae-Fruchtblätter ist, dass sie, wenn sie in derselben Anzahl wie andere Organe vorhanden sind, den Kelchblättern gegenüberstehen oder sich mit ihnen abwechseln können. Positionsänderungen werden durch geringfügige Änderungen des Drucks des Kelchs und des verfügbaren Platzes in der Blüte verursacht.“
„Mit der gleichen Idee untersuchen wir, wie die Anzahl der Staubblätter bei Caryophyllaceae schwankt (von 10 bis 1), mit einer vorhersagbaren Folge von Staubblattverlusten, die durch Druck auf Kelch und Eierstock verursacht werden. Dies ist auch ein bevorstehendes Manuskript.“
Die Notwendigkeit für die Arbeit besteht darin, dass die Caryophyllaceae sehr effektiv auf den Druck der Bestäuber reagieren. Es geht jedoch nicht nur darum, neue Strukturen zu schaffen, um Besucher anzuziehen. Die Blumen können durch den Verlust von Elementen auffällige neue Formen annehmen. Die Arbeit von Wei und Ronse de Craene gibt einen Einblick in das, was verschwindet, wenn sich die Blume entwickelt.
