DBG · Nachwuchsförderung

Maximilian Lauterbach

Maximilian Lauterbach erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz im Jahr 2014 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.

Titel der ausgezeichneten Arbeit

"Wüsten-Pflanzen der Gruppe Zygophyllum s.l. zeigen enorme Vielfalt und evolutionäre Flexibilität in ihrer Blattanatomie"

Bei Zygophyllum s.l. (sensu lato) handelt es sich um eine Pflanzengruppe der Jochblattgewächse (Zygophyllaceae), die in den Wüsten, Halbwüsten und Steppen Afrikas, Asiens und Australiens verbreitet sind. Den zum Teil sehr trockenen und rauen Umweltbedingungen trotzt Zygophyllum s.l. mittels Anpassungen wie etwa Blattsukkulenz (Einlagerung von Wasser, um längere Trockenperioden zu überstehen). Zygophyllum simplex entwickelte zusätzlich zu sukkulenten Blättern in der jüngeren Vergangenheit C4-Photosynthese, eine spezielle Form der Photosynthese, welche trotz Trockenheit und vor allem Hitze die Fixierung von CO2 ermöglicht und Photorespiration minimiert. Es konnte gezeigt werden, dass diese Form der Photosynthese einmalig innerhalb dieser Verwandtschaftsgruppe ist. Im ersten Schritt wurden die Verwandtschaftsverhältnisse von Zygophyllum s.l. mittels sehr variablen Abschnitten des Chloroplastengenoms hinreichend geklärt. Hierzu wurden sechs vollständig sequenzierte Chloroplastengenome nach Regionen durchsucht, die ausreichend Informationen für phylogenetische Rekonstruktionen beinhalteten. Drei geeignete Regionen wurden anschließend für die gesamte Gruppe sequenziert. Im nächsten Schritt wurden mehrere blattanatomische Merkmale kodiert und phylogenetisch analysiert, um die Evolution der Blattanatomie zu verstehen. Es zeigt sich, dass vor allem in den zahlreichen Arten im südlichen Afrika (Angola, Botswana, Namibia und Südafrika) eine hohe Diversität an Blatttypen entstanden ist und dass ein schneller Wechsel zwischen den Blatttypen möglich ist. Ein Teil der Arbeit wurde während eines zweimonatigen Forschungsaufenthaltes beim Kollaborationspartner des Projektes (Prof. Dr. Dirk U. Bellstedt) in Stellenbosch, Südafrika, durchgeführt.

Mittels den neuen Informationen dieser Masterarbeit können nun Folgeprojekte gestaltet/entworfen werden, die innerhalb der gefundenen Untergruppen beispielsweise die Ursache und den Nutzen der diversen Blatttypen in einzelnen Artengruppen untersuchen. Ein geographisches Muster der Blatttypen wurde nicht entdeckt, aber detailliertere Daten beispielsweise zu den unterschieden Mikrohabitaten könnten weitere Erkenntnisse bringen.

Die Ergebnisse zeigen, dass selbst in sehr nah-verwandten Arten eine enorme anatomische Diversität vorhanden sein kann, und zeigen, wie vielfältig und beeindruckend Evolution abläuft.

Derzeit wird der Sequenzdatensatz auf die anderen Unterfamilien der Zygophyllaceae ausgeweitet, unter anderem um die Verwandtschaftsverhältnisse der gesamten Familie Zygophyllaceae sowie die Evolution von C4-Photosynthese aufzuklären.
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Maximilian Lauterbach fertigte die Arbeit am Institut für Allgemeine Botanik im Labor des Instituts für Spezielle Botanik und Botanischer Garten bei Gudrun Kadereit an.


Max Lauterbach fotografiert Zygophyllum botulifolium in der Nähe von Toorberg im südafrikanischen Breede River District. Foto: Dirk Bellstedt.