Farne und Blumen bestechen hilfreiche Ameisenverteidiger mit Nektar, aber Farne entwickelten diese Fähigkeit erst viel später – unsere Studie zeigt, warum

Schauen Sie sich eine Pflanze in Ihrem örtlichen Park, Ihrem Garten oder sogar Ihrer Küche genau an, und Sie werden wahrscheinlich Schäden feststellen.Ob eine Raupe einen Teil eines Blattes abgenagt hat oder ein Wollläuse Saft saugt, Tiere ernähren sich ständig von Pflanzen.

Natürlich ist Pflanzenfresser oder Pflanzenräuber nicht ideal für das Überleben einer Pflanze.Daher haben Pflanzen viele verschiedene Abwehrmechanismen entwickelt, um diese Bedrohung abzuwehren, einschließlich physischer und chemischer Waffen.Kakteen beispielsweise bewaffnen ihren Körper mit hautdurchdringenden Stacheln.Kräuter wie Minze, Lavendel und Rosmarin produzieren flüchtige Duftstoffe, die Pflanzenfresser abschrecken können.

Andere Pflanzen bestechen persönliche Leibwächter, indem sie dicken, süßen Nektar absondern.

Nektar wird am häufigsten mit Blumen in Verbindung gebracht, wo er verwendet wird, um Bienen, Vögel oder Schmetterlinge dazu zu verleiten, Pollen von einer Blüte zur anderen zu transportieren.Aber auch andere Pflanzen produzieren andere Arten von sogenannten Nektardrüsen extraflorale Nektarien.Pflanzen produzieren diese Drüsen, um Ameisen mit einer süßen Belohnung zu bestechen;Im Gegenzug verteidigen Ameisen die Pflanze vor pflanzenfressenden Insekten.

Ich studiere Evolutionsbiologie der Pflanzen, und habe kürzlich mit gearbeitet Farnbiologin Fay-Wei Li am Boyce Thompson Institut und Cornell University Ameisenbiologin Corrie Moreau die Entwicklung der Abwehrmechanismen gegen Ameisenbestechung in Pflanzen zu untersuchen.

Wir haben etwas Auffälliges gefunden:Vor fast 130 Millionen Jahren, während der geologischen Kreidezeit, Farne und Blütenpflanzen Ungefähr zur gleichen Zeit entwickelten sich unabhängig voneinander Ameisen bestechende Nektardrüsen.Wir haben dies herausgefunden, indem wir komplexe Algorithmen verwendet haben, um den evolutionären Ursprung und die Geschichte von Farnen, Blütenpflanzen und Ameisen abzuschätzen.

Dieser Zeitpunkt ist sehr interessant, da er sehr früh in der Evolutionsgeschichte der Blütenpflanzen, aber recht spät, stattfand Evolutionsgeschichte des Farns.Unsere Arbeit hat gezeigt, dass alte Hunde einige neue Tricks lernen können – und, was noch wichtiger ist, wie das bei Farnen passiert ist.

Treffen über der Erde

Pflanzen sind die Hauptproduzenten fast aller Nahrungsmittel auf der Erde, daher sind praktisch alle Lebewesen zum Überleben auf sie angewiesen.Aus diesem Grund gehört Pflanzenfresser zum Leben dazu.Aber es verursacht auch erhebliche Kosten für viele Branchen, vom Zimmerpflanzenbau bis zum landwirtschaftlichen Nutzpflanzenanbau.Große Schädlingsausbrüche kann sogar die globale Ernährungssicherheit gefährden.

Aus all diesen Gründen ist es eine entscheidende Herausforderung zu verstehen, wie Pflanzen sich gegen Fressfeinde verteidigen.

Die Entwicklung der durch Ameisen vermittelten Abwehrstrategien verband untrennbar zwei Abstammungslinien im gesamten Reich des Lebens.Das bedeutete, dass sich Ameisen und Pflanzen irgendwann gemeinsam entwickeln würden – ein Prozess namens Koevolution.Wenn sich eine Art verändert, kann sich die andere als Reaktion darauf verändern, und diese Veränderungen können sogar in ihren Genen kodiert werden.

Blütenpflanzen entstanden in der Kreidezeit, vor etwa 150 Millionen Jahren, und unsere Analysen zeigten, dass sie schon früh enge Verbindungen mit Ameisen eingingen.Diese Blütenpflanzen und ihre Ameisenpartner scheinen sich im Laufe der Zeit gemeinsam entwickelt zu haben.

Farne jedoch nicht.Während sie das Potenzial hatten, gleichzeitig mit blühenden Pflanzen Nektarien zu entwickeln, begannen sie erst dann schnell Nektarien zu entwickeln, als sie lernten, zwischen den Bäumen zu leben.

Farne waren ursprünglich Landpflanzen, aber nach der Blüte entwickelten sich aus Pflanzen große Bäume, Farne sprangen als Epiphyten auf ihre Äste – Pflanzen, die auf anderen Pflanzen wachsen, oft ohne Verbindung zum Boden.

Farne können auch auf Bäume klettern, wie Efeu es tut, oder im Fall von ihre eigenen Stämme bilden Baumfarne.Dies half auch den Farnen, in das Blätterdach zu gelangen.

Die Tatsache, dass Farne erst anfingen, Nektar für Ameisen zu produzieren, als diese in die Bäume zogen, verwirrte mich als Farnbiologe.Das war, bis mein Co-Autor Corrie Moreau wies darauf hin, dass die meisten Ameisen in Baumwipfeln lebten.

Das ergab absolut Sinn.Als Farne zu Baumkronenbewohnern wurden, wuchsen sie näher an Ameisen heran, die bereits mit nektartragenden Bäumen in Verbindung gebracht wurden.Durch die Vermischung mit diesen Ameisen nutzten Farne schließlich die etablierte, für beide Seiten vorteilhafte Beziehung zwischen Ameisen und Blütenpflanzen.

Die Evolution und Ökologie der Farn-Ameisen-Beziehungen

Während unsere Studie neue Aspekte der durch Ameisen vermittelten Pflanzenabwehr entdeckte, ließ sie viele Fragen offen.Sind einige Ameisen beispielsweise auf Farne spezialisiert oder sind sie Generalisten, die sich von Nektar einer größeren Vielfalt an Pflanzen ernähren können?Wie genau entwickelten Pflanzen ursprünglich die körperliche Fähigkeit, außerblumigen Nektar zu produzieren?Sind die Gene, die für die Nektarentwicklung kodieren, bei Farnen und Blütenpflanzen gleich?Ist die Chemie von Farn- und Blütenpflanzennektar dieselbe?

Unsere Studie legt den Grundstein für weitere Forschungen zur Evolution und Ökologie dieser Nektarien.Dies ist eine wichtige Grundlagenwissenschaft.Es ist auch denkbar, dass die Forschung in diesem Bereich zu Zuchtprogrammen beitragen könnte, die die nektarvermittelte Ameisenabwehr fördern und so den Bedarf an Pestiziden zum Schutz der Pflanzen vor Fressfeinden verringern.