Die Beziehung zwischen Pflanzen und ihren Bestäubern ist ein wichtiger Faktor für die Blütendiversifizierung. Wenn Pflanzen neue Eigenschaften entwickeln, die die Bestäuber, die ihre Blüten besuchen, besser anlocken oder belohnen, führt dieser Selektionsprozess zu einer großen Vielfalt an Formen und Mustern, die bei verschiedenen Arten beobachtet werden können. Eine neue Studie, die in Annals of Botany untersuchte diesen übersehenen Faktor und machte eine überraschende Entdeckung über wie regionale Veränderungen im Verhalten von Bienen und anderen Bestäubern die Evolution von Blumen direkt beeinflussen können über weite Gebiete.
Die Studie konzentrierte sich auf Krameria großblumig, ein Strauch, der in den trockenen und halbtrockenen Regionen Nord- und Südamerikas heimisch ist. K. grandiflora produziert Öl, das ölsammelnde Centris-Bienen als primäre Bestäuber anzieht. Die Forscher interessierten sich dafür, wie sich Muster der natürlichen Selektion, die auf die Blütenmerkmale der Pflanze einwirken, in ihrem riesigen Verbreitungsgebiet, das sich über Tausende von Kilometern erstreckt, unterscheiden könnten.
Um die räumlichen Unterschiede zu untersuchen, untersuchte das Team der East Tennessee State University fünf Populationen, die über das kontinentale Verbreitungsgebiet der Art von Nordmexiko bis Nordargentinien verteilt sind. An jedem Standort beobachteten sie die Besuchshäufigkeit und das Verhalten der Bienen genau und quantifizierten die Pollenablagerung und Keimung als Maß für den Fortpflanzungserfolg. Drei wichtige Blütenmerkmale wurden analysiert – der Abstand zwischen den fahnenartigen Blütenblättern und der Narbe, die Kelchblattlänge als Hinweis auf die Produktion von Beute und die Nektarölmenge als Hinweis auf die Produktion von Belohnung.
Mithilfe statistischer Analysen schätzten sie dann die Stärke und Richtung der natürlichen Selektionsgradienten auf diese Merkmale innerhalb jeder Population. Überraschenderweise wurde der stärkste Selektionsdruck auf die Passung zwischen Blütenblättern und Narben festgestellt, und zwar nicht dort, wo das Fahnengreifverhalten der Centris-Bienen beobachtet wurde, sondern dort, wo es fehlte. Darüber hinaus offenbarte der Vergleich der Selektionsgradienten zwischen Standorten erhebliche geografische Unterschiede, wodurch ein „Selektionsmosaik“ über das Verbreitungsgebiet der Art hinweg entstand.
Die geografische Variation der phänotypischen Selektion auf der Fahnen-Narben-Distanz stellt ein Selektionsmosaik dar, das auf räumlich divergierende Selektionsdrücke auf dieses Blütenmerkmal schließen lässt, die möglicherweise zur Differenzierung von Bestäubungsökotypen führen. Dies kann auf das atypische Ölsammelverhalten der Caenonomada-Bienen zurückzuführen sein, die die häufigsten Bestäuber in den nördlichsten und südlichsten Populationen waren, bei denen die Selektion durch das Fehlen des Fahnengreifens relativ stark war. In der Zwischenzeit war die Selektion auf der Blüten-Bestäuber-Passung schwächer, wo das stereotype Fahnengreifverhalten der Centris-Bienen vorherrschend war.
Ram et al. 2024
Um dieses unerwartete Muster zu verstehen, gingen die Forscher tiefer in die Materie. Videobeobachtungen zeigten, dass die Bienen in Gebieten ohne Fahnengreifen auf alternative Weise mit Blüten interagierten, beispielsweise indem sie sich auf die Narbe stellten, um Öl zu sammeln. Durch Modellierung führten sie über 75 % der geografischen Unterschiede bei der Selektion ausschließlich auf die divergierende Selektion hinsichtlich der Entfernung zwischen Blütenblatt und Narbe zwischen den Standorten zurück.
Diese Ergebnisse zeigen die adaptive Bedeutung von K. grandifloraspezialisierte Blütenstrukturen, sogar in Regionen, in denen das ursprüngliche Bestäuberverhalten fehlt. Allgemeiner ausgedrückt liefert die Studie überzeugende Beweise dafür, dass Unterschiede im Bestäuberverhalten innerhalb des Verbreitungsgebiets einer Art die Bildung von Selektionsmosaiken durch räumlich unterschiedliche natürliche Selektionssysteme direkt vorantreiben können. Diese geografische Variation in den von Bestäubern verwendeten interaktiven Strategien prägt die optimalen Blütendesigns, die in jeder lokalen Gemeinschaft ausgewählt werden.
Mit Blick auf die Zukunft wird es immer wichtiger, zu verstehen, wie sich Selektionsgradienten je nach regionaler Bestäuberzusammensetzung und -verhalten verändern. Da der Klimawandel die Artenverteilung verändert und Verschiebungen in Pflanzen-Bestäuber-Netzwerken bewirkt, können Fehlpaarungen zwischen lokal gemeinsam entwickelten Interaktionen entstehen. Indem diese Arbeit Licht auf diesen Mechanismus der Blütenevolution wirft, bietet sie Einblicke, wie solche Beziehungen angesichts globaler Umweltveränderungen reagieren und die Vielfalt neu gestalten können.
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Carneiro L., Aristides Cocucci A., Sérsic AN, Machado IC und Alves-Dos-Santos I. (2024) Bestäubervermittelte Selektion auf KrameriÖlblumen: Eine Blütenbestäuber-Fit-Anpassung an ein atypisches Ölsammelverhalten? Annals of Botany. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcae102
