DBG · Nachwuchsförderung

Paulina Anna Zigelski

Paulina Anna Zigelski erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Universität Hamburg im Jahr 2016 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.

Titel der ausgezeichneten Arbeit

"Molekulare Biogeographie des Syzygium guineense Komplexes: Wie Umwelt und Genetik die ‚Suffrutizierung‘ in Afrikas Miombo Region bedingen"

Erstmals wurden die Ursprünge der „unterirdischen Bäume“ im südlichen Afrika anhand einer Model-Art im Detail untersucht: Bei ihrer Entstehung spielen genetische und ökologische Faktoren eine tragende Rolle.

Das Wald-Grasland-Mosaik der Miombo Region im Süden Afrikas beherbergt ein merkwürdiges Phänomen: Viele hölzerne Arten aus unterschiedlichen Pflanzenfamilien wachsen als Bäume in den dortigen Wäldern, haben aber nahe verwandte Taxa in den offenen Grasflächen, die dort als Zwergsträucher mit großer unterirdischer, hölzerner Biomasse, als „unterirdische Bäume“ oder geoxylischer Suffrutex wachsen.

Um die genauen Verwandschaftsverhältnisse zwischen Baum und Suffrutex zu klären, wurde deshalb die Myrtaceaea Syzygium guineense (Willd.) DC s.l. als Modellart ausgewählt. Der Einfluss von Genetik und Umwelt auf die unterschiedlichen Wuchsformen und die Evolution des Suffrutex wurden untersucht und beurteilt. Sieben unterschiedliche S. guineense - Phänotypen wurden identifiziert, gesammelt und ökologisch und genetisch mittels Sequenz- und SSR-Analyse charakterisiert.

Alle Phänotypen waren genetisch sehr ähnlich, wobei dennoch drei distinkte Genotypen, die breiteren Ökotypen entsprechen, ausgemacht werden konnten: ein wasser-gebundener Baum-Ökotyp, welcher entlang von Flüssen wächst; ein störungstoleranter Baum/Strauch-Ökotyp, der auf ferralitischen Böden der Miombowälder wächst sowie der Suffrutex-Ökotyp - der unterirdische Baum - der offenen, sandigen Grasflächen. Die genetischen Muster und ihre Ähnlichkeit, im Kontrast zu den deutlich unterschiedlichen ökologischen Eigenschaften, deuten auf einen gemeinsamen Vorfahren aus feuchten, tropischen Regionen, welcher sich durch sich verändernde Umweltbedingungen in verschiedene ökologische Richtungen entwickelte. Der Klimawandel vor ungefähr 2.5 mio Jahren führte zu einer gesteigerten Niederschlags-Saisonalität, jahreszeitlich trockeneren Bedingungen und damit einhergehend Habitatverlusten für die feuchttropischen Biota. Eine evolutive Anpassung daran wurde für S. guineense durch seine Polyploidie ermöglicht, eine genetische Vorangepasstheit, die eine erhöhte Reaktionsfähigkeit auf Umweltfaktoren erlaubt. Von diesen sind wahrscheinlich Frost und Feuer bedeutende Initiatoren der Lebensform, da häufigere Frost- und Feuerereignisse eine Konsequenz der zunehmend ausgeprägten Trockenzeiten sind. Insofern sind es wohl die Kombination von genetischer Vorangepasstheit und als Filter wirkenden Umweltveränderungen, die die Evolution des S. guineense-Suffrutex vorangetrieben haben, wobei aber noch nicht genug Zeit vergangen ist, um ihn als scharf getrennte eigene Art zu bezeichnen.

Weitere Informationen zum Projekt: http://www.biodiversity-plants.de/theses_bee.php?lang=en

Die Arbeit wurde veröffentlicht: http://www.biodiversity-plants.de/publications_bee.php?pers_publ=108

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Paulina Anna Zigelski fertigte die Arbeit am Biozentrum Klein Flottbek der Universität Hamburg in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Norbert Jürgens an.


Phänotypische Vielfalt von Syzygium guineense (s.l.) S. benguellense (mitte links) und S. cordatum (oben rechts). Diese morphologische Diversität ist eine Folge der Anpassung an verschiedene Habitate des südlichen Afrika, z.B. Flüsse, Schwemmflächen, offene Grasländer, mehr oder weniger offene Wälder und Gebirge. Fotos: Paulina Zigelski
Drei Syzygium-Phänotypen konnten nicht nur ökologisch deutlich unterschieden werden, sondern auch genetisch. Sowohl in der Gensequenz-Analyse, als auch und vor allem in der Mikrosatelliten-Analyse zeigten sie eine genetische Differenzierung, wie hier in der Abbildung der STRUCTURE-Analyse ersichtlich. Darin wurden drei genetische Gruppen identifiziert, von denen eine mit den „unterirdischen Bäumen“ in Sandböden korrespondiert, eine weitere mit der Strauch/Baumform von ferralitischen, offenen Waldstandorten und die letzte mit Bäumen an nassen Standorten. Fotos: Paulina Zigelski