Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik KW #18 (2024)

Bergwiesen sind einzigartige Ökosysteme. Ein Forschungsteam hat nun herausgefunden, dass der Klimawandel den Humusgehalt sowie die Stickstoffspeicher in den Grünlandböden der Alpen reduziert und die Bodenstruktur stört. Organische Düngung, beispielsweise mit Gülle, kann den Verlust organischer Bodensubstanz zumindest teilweise ausgleichen, berichtet das Team unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) in der Fachzeitschrift Geoderma unter dem Titel Rapid loss of organic carbon and soil structure in mountainous grassland topsoils induced by simulated climate change.

Quelle: TUM

In Südniedersachsen wollen Forschende die großräumige Wirkung von gemeinschaftlich angelegten Agrarumweltmaßnahmen (AUM) untersuchen, ihre ökonomische Bedeutung für die landwirtschaftlichen Betriebe und Strukturen, die die Umsetzung von kooperativen AUM auf Landschaftsebene fördern. Intensivere Landwirtschaft führt in der Regel zu weniger Artenvielfalt und gefährdet wichtige Ökosystemleistungen. Ein Instrument der Gemeinsamen Agrarpolitik der Europäischen Union sind sogenannte AUM, die landwirtschaftliche Produktion und Biodiversität in Einklang bringen sollen. Ihre Wirksamkeit ist allerdings umstritten, auch weil sie meist auf einzelnen und teilweise isolierten Flächen umgesetzt werden, während die Förderung vieler Arten Maßnahmen auf größeren räumlichen Ebenen erfordert. Das Bundesamt für Naturschutz und das Bundesumweltministerium fördern das Projekt der Universitäten Göttingen und Rostock sowie des Landvolks Northeim-Osterode namens „Kooperativ“ fünf Jahre lang mit insgesamt rund 2,4 Millionen Euro im Bundesprogramm Biologische Vielfalt.

Quelle: Uni Göttingen

Grundlage der morphologischen Komplexität von Landpflanzen sind unter anderem komplizierte Netzwerke von Genen, deren koordinierte Wirkung die Pflanzenkörper durch verschiedene molekulare Mechanismen formt – seien es winzige Moosblättchen, emporragende Baumstämme, verborgene Wurzeln oder beindruckende Seerosenblüten. All diese prächtigen Formen sind aus einem einmaligen evolutionären Ereignis hervorgegangen: der Eroberung des Landes durch die Pflanzen. Unter den am engsten mit den Landpflanzen verwandten Algen finden sich verschiedene Wuchsformen, von einzellig bis hin zu komplexeren Zellfäden. Aus dieser Algengruppe hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universitäten Göttingen und Nebraska-Lincoln nun die ersten Genomdaten komplexer Exemplare gewonnen, und zwar von vier fadenförmigen Sternalgen der Gattung Zygnema. An der Forschung waren mehr als 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus neun Ländern beteiligt (s.a. "Raus aufs Land"-Meldung aus Jena), die eine Reihe modernster Sequenzierungstechniken kombinierten, um die gesamte DNA-Sequenz der Algen zu entschlüsseln. Die Methoden ermöglichten es ihnen, vollständige Genome dieser Organismen auf der Ebene ganzer Chromosomen zu erstellen – was bei dieser Gruppe von Algen noch nie zuvor gemacht wurde. Der Vergleich dieser hoch aufgelösten Genome mit denen anderer Pflanzen und Algen führte zur Entdeckung wichtiger Signalgene für die Antwort auf sich verändernde Umweltbedingungen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Genetics veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

Welche genetischen Faktoren die Evolution eines bestimmten Photosynthesemechanismus bei Ananasgewächsen beeinflussen, um die Wassernutzung effizienter zu gestalten, schildern Forschende im Fachmagazin The Plant Cell. In dieser Studie konzentrierte sich das internationale Forschungsteam auf zwei Tillandsia-Arten mit unterschiedlichen Photosyntheseformen – CAM vs. C3 – was bedeutet, dass der C3-Art die spezielle Anpassung an wasserarme Bedingungen fehlt. Durch den Einsatz moderner Techniken zur Untersuchung der Genetik und Biochemie von Pflanzen – wie z.B. Analyse der Genanordnung, der molekularen Evolution und der Evolution von Genfamilien, der zeitlichen Variation der Genexpression und der Metaboliten – fanden die Forschenden unter der Leitung des Departments für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien heraus, dass Veränderungen in der Genregulation hauptsächlich für die genomischen Mechanismen verantwortlich sind, die die CAM-Evolution bei Tillandsia vorantreiben. Sie zeigen, "dass die Genome von Tillandsia, wie auch die anderer Pflanzen, zwar stark verändert wurden, die Anpassung der Funktionsweise der Photosynthese aber vorwiegend durch die Regulation von Genen und nicht durch die Veränderung von Gensequenzen, die für Proteine kodieren, erfolgt", wie Erstautorin Clara Groot Crego die Ergebnisse bewertet. Dies wirft ein Licht auf die komplexen Vorgänge, die zur Anpassung der Pflanzen und zur ökologischen Vielfalt führen.

Quelle: Uni Wien

Nicht alle Merkmale eines Organismus sind vererbbar. Wie sich nicht-vererbbare Merkmale und die Interaktion zwischen Organismen auf deren Fortpflanzungserfolg – die biologische Fitness – auswirken, untersucht der Konstanzer Biologe Lutz Becks. Die Fitness hängt letztendlich davon ab, welche Merkmale die beiden aufeinandertreffenden Individuen haben. Und da kommt die intragenotypische Variation ins Spiel: Um die biologische Fitness vorhersagen zu können, muss die intragenotypische Variation beider Interaktionspartner berücksichtigt werden. Das Ziel des Projekts ist es also, herauszufinden, wie sich die Interaktion mit anderen Lebewesen auf die biologische Fitness genetisch identischer Organismen mit unterschiedlichen Merkmalen auswirkt, um bestehende Theorien aus Evolutionsbiologie und Ökologie vor dem Hintergrund der gewonnenen Erkenntnisse neu zu beleuchten. Dazu wollen die Konstanzer Forschenden mit Organismen arbeiten, deren Merkmalsvariationen und Reproduktionserfolg im Labor gut zu bestimmen sind: einzellige Mikroorganismen wie Algen oder Wimperntierchen. Die VolkswagenStiftung fördert das Projekt im Rahmen der Momentum-Initiative mit über 900.000 Euro.  

Quelle: Uni Konstanz

Europas Wälder wurden durch den Klimawandel bereits stark in Mitleidenschaft gezogen. Durch Dürre und Borkenkäfer sind bereits tausende Hektar an Bäumen abgestorben. Wissenschafter*innen der Universität Wien und der Technischen Universität München (TUM) haben nun untersucht, mit welchen Bäumen sinnvoll wieder aufgeforstet werden kann. Dazu hatten die Wissenschafter*innen die 69 häufigeren der knapp über 100 europäische Baumarten in Hinblick auf das 21. Jahrhundert in Europa untersucht. Ihr in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlichtes Ergebnis: Im europäischen Durchschnitt sind von diesen 69 Arten nur neun pro Standort zukunftsfit, in Österreich sind es zwölf, darunter etwa Stieleiche, Winterlinde und Weißtanne. Welche Baumarten zukünftig in welche Region Europas passen, variiert insgesamt stark. Mischwälder sind jedoch wichtig für die Überlebensfähigkeit von Wäldern, sonst könnte das Ökosystem Wald insgesamt geschwächt werden.

Quelle: Uni Wien

Lange Zeit ging man davon aus, dass Fleisch in der Ernährung der Jäger und Sammler vor dem Übergang zum Neolithikum eine wichtige Rolle spielte. Da es jedoch nur wenige gut erhaltene menschliche Überreste aus paläolithischen Fundstätten gibt, sind Informationen über die Ernährungsgewohnheiten der Menschen in der Zeit vor der Landwirtschaft rar. Eine in Nature Ecology & Evolution erschienene Studie stellt diese Vorstellung nun in Frage und liefert überzeugende Isotopenbeweise dafür, dass frühe Jäger und Sammler aus Marokko vor 15.000 Jahren eine starke Vorliebe für pflanzliche Nahrung hatten. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Ernährung dieser Jäger und Sammler viele Jahrtausende vor der Einführung der Landwirtschaft in der Region einen hohen Anteil an mediterranen Pflanzen enthielt. Archäobotanische Funde wie Eicheln, Pinienkerne und wilde Hülsenfrüchte aus der Fundstätte unterstützen diese Hypothese. Darüber hinaus deutet die Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie darauf hin, dass pflanzliche Nahrung auch Teil der Ernährung von Kleinkindern war und möglicherweise als Entwöhnungsnahrung diente.

Quelle: MPI für evolutionäre Anthropologie