Viele Blumen haben ein radiales Design, das ähnlich aussieht, egal aus welchem ​​Winkel Sie sich ihnen nähern. Aber andere haben bilaterale Symmetrie. Sie sind symmetrisch, aber mit unterschiedlichen linken und rechten Hälften. Warum sollte das sein? Botaniker haben gedacht, dass dies eine Möglichkeit ist, bestimmte Bestäuber auszuwählen, aber eine Datenbankstudie von Nicolay da Cunha und Marcelo Aizen weist darauf hin es könnte entstanden sein, um die Selbstbefruchtung zu verhindern. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Flora, haben Auswirkungen auf das Verständnis der Koevolution von Pflanze und Bestäuber.

Symmetrie findet man in der Natur in vielen verschiedenen Formen. Zwei Arten von Symmetrie in Blumen sind radiale (aktinomorphe) und bilaterale (zygomorphe) Symmetrie. Bei der Untersuchung von Blumen haben Forscher festgestellt, dass sich die Zygomorphie wiederholt und unabhängig in verschiedenen Ordnungen und Familien entwickelt hat. Warum?

Eine Idee ist, dass Blütensymmetrie die Tierwahrnehmung unterstützt, aber die unterschiedlichen Symmetrien bedeuten, dass Blütenblätter unterschiedliche Informationen liefern. Bestäuber können Informationen von nur einem Blütenblatt einer radial geformten Blume verarbeiten, weil sie alle sehr viel sind. Im Gegensatz dazu erfordert eine zygomorphe Blume, dass der Bestäuber Informationen von mindestens einer Hälfte der Blume verarbeitet. Diese Erkennungsschwierigkeit ist wichtig, weil sie eine genauere Kopplung zwischen der Blüte und dem Bestäuber ermöglicht. Nicht alle Bestäuber haben die Mühe, sich die zusätzliche Mühe zu machen, diese Blumen zu lernen, daher ist zu erwarten, dass bilaterale Blüten mehr spezialisierte Bestäuber anziehen.

Beim Durchsehen zuvor veröffentlichter Berichte stellen da Cunha & Aizen fest, dass bilaterale Blumen tatsächlich spezialisierter sind und weniger Arten zu Besuch kommen. Sie können auch eine spezialisiertere Morphologie haben, so dass sie nicht nur Pollen auf den Körper eines Bestäubers bringen, sondern auch genau dort zielen können, wo sie auf dem Körper auftreffen. Auf diese Weise können sie das Risiko verringern, Pollen aufzunehmen, die sie von anderen Blumen nicht verwenden können. Damit dies jedoch effektiv ist, sollten die Staubbeutel und das Stigma zu unterschiedlichen Zeiten aktiv werden (bekannt als Dichogamie), um eine Selbsteinmischung in die sexuellen Funktionen zu vermeiden und die Übertragung von Eigenpollen zu reduzieren.

Botaniker haben Studien durchgeführt, um zu untersuchen, ob sich Arten mit zygomorphen und aktinomorphen Blüten bei Artgenossen-Pollenempfang unterscheiden, und um festzustellen, ob Selbstkompatibilität häufiger mit Blütenzygomorphie verbunden ist. Die Ergebnisse dieser Studien deuten darauf hin, dass Blütenzygomorphie eine Anpassung mit funktionellen Konsequenzen sein könnte, um eine Selbstbefruchtung zu vermeiden, die die Fitness weiblicher Pflanzen erhöhen kann.

Kürzlich wurde ein großer Datensatz zur Pollenproduktion und Eizellenzahl pro Blüte für 1,392 tierbestäubte Arten von Angiospermen veröffentlicht Cunhaet al. (2022). Es enthält Informationen zur Wuchsform (krautig versus holzig) und zur Blütengröße (größte Längendimension) für praktisch alle Arten und zum Kompatibilitätssystem (selbstverträglich versus selbstinkompatibel) für mehr als die Hälfte der Arten. Um diesen Datensatz weiter zu analysieren, suchten sie nach Artikeln, die Daten über den Empfang von stigmatischen Pollen berichteten, die Anzahl der arteigenen Pollenkörner auf dem Stigma.

Um die Wirkung der Blütensymmetrie (aktinomorph gegenüber zygomorph) auf die Pollenproduktion, die Eizellenzahl und den stigmatischen Pollenempfang zu testen, verwendeten da Cunha & Aizen ein phylogenetisches generalisiertes lineares gemischtes Modellgerüst (PGLMM). Sie testeten auch unter Verwendung eines PGLMM-Modells auf eine unterschiedliche Inzidenz von Selbstkompatibilität zwischen Arten mit zygomorphen Blüten.

da Cunha & Aizen argumentieren, dass ihre Analyse zeigt, dass die Entwicklung einer bilateralen Blütenmorphologie wahrscheinlich untrennbar mit der Entwicklung der zeitlichen Trennung zwischen Staubbeuteldehiszenz und Narbenrezeptivität verbunden ist. Diese zeitliche Trennung begrenzt die Selbstinterferenz zwischen den männlichen und weiblichen Funktionen der Blume. Die phylogenetische Analyse einer Datenbank, die 1458 Arten von Asteriden-Angiospermen umfasste, ergab Hinweise auf eine korrelierte Evolution zwischen Protandrie, einem Wechsel zwischen männlichen und weiblichen Formen und Blütenzygomorphie. Wenn dies der Fall ist, beginnt die Umstellung auf bilaterale Blüten mit der Vermeidung der Selbstbestäubung, und daraus entwickelt sich die Spezialisierung der Bestäuber.

Die Beweise, die wir bisher gesammelt haben, deuten darauf hin, dass die Evolution der Zygomorphie die Lockerung und schließlich den Abbau redundanter Selbstvermeidungsmechanismen wie Selbstinkompatibilität ermöglichte. In diesem Fall kann Zygomorphie jedoch nicht als isoliertes Merkmal angesehen werden, da Selbstbefruchtungsvermeidung eine engere Integration zwischen Blütenmorphologie und der gestaffelten Entwicklung von Geschlechtsorganen erfordert, nicht nur innerhalb von Blüten, sondern auch zwischen Blüten innerhalb von Blütenständen und sogar zwischen Blütenständen innerhalb der gleiche Pflanze (Armbruster, 2022; Härtere et al., 2019). Auf jeden Fall haben unsere Ergebnisse und Perspektiven es uns ermöglicht, tiefer in das Verständnis faszinierender Zusammenhänge zwischen Fortpflanzungsmerkmalen einzudringen, wie dem hier berichteten zwischen Zygomorphie und Selbstkompatibilität.

da Cunha & Aizen (2023)

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da Cunha, NL und Aizen, MA (2023) „Eine reduzierte Bestäubung in bilateralen Blüten könnte die Selbstbestäubungsvermeidung widerspiegeln" Flora, (152220), p. 152220. Erhältlich unter: https://doi.org/10.1016/j.flora.2023.152220.