Zürcher Forscher klären Entstehungs-Mechanismus von neuer Pflanze
«Taucht eine neue Art auf, geschieht dies meist über lange Zeiträume. Das Beispiel der Pflanze Cardamine insueta zeigt allerdings, dass Evolution auch recht schnell erfolgen kann», schreibt das Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich in einer Mitteilung vom Dienstag.
Die Entstehung dieser neuen Art des Schaumkrauts ging einher mit der Rodung des Urnerbodens. Die Pflanze entwickelte sich aus zwei Elternarten mit spezifischen ökologischen Lebensräumen: Während C. amara in und an Wasserläufen wächst, bewohnt C. rivularis leicht feuchte Standorte. Die Umnutzung von Wald in Grasland favorisierte die Hybridisierung der beiden Vorfahren, wodurch die neue Art entstand, die zwischen den elterlichen Lebensräumen mit temporär fluktuierendem Wasserstand zu finden ist.
Das Beste aus zwei Pflanzen
«Es ist die Kombination der genetischen Merkmale ihrer Eltern, die es der neuen Art ermöglichte, in einer bestimmten Umweltnische zu wachsen», wird Rie Shimizu-Inatsugi vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltforschung der Universität Zürich (UZH) zitiert. «Tatsächlich erbte C. insueta einen Chromosomensatz von C. amara und zwei Chromosomensätze von C. rivularis. Sie enthält also drei Chromosomensätze, was sie zu einer so genannten triploiden Pflanze macht.»
Um die Reaktionen auf die veränderte Umgebung und das Verlaufsmuster der Genexpression der drei Spezies zu analysieren, verwendete das Forschungsteam die Hochdurchsatz-Sequenzierung. Dank einem speziellen Gerät kann die Erbinformation von Zellen innerhalb weniger Tage vollständig bestimmt werden.
Fortpflanzung von Mama, Anpassung von Papa
Die Forschenden fanden heraus, dass die Genaktivität, die für zwei Elternmerkmale verantwortlich ist, der Schlüssel für das Überleben der neuen Spezies im neuen Lebensraum ist. Erstens kann sich C. insueta klonal vermehren, das heisst es produziert auf der Blattoberfläche kleine Ableger, die zu neuen Pflanzen heranwachsen. Die Fähigkeit zur ungeschlechtlichen vegetativen Vermehrung hat sie von C. rivularis geerbt. Da C. insueta sexuell steril ist, wäre sie ohne diese Eigenschaft nicht in der Lage gewesen, zu überleben.
Zweitens erbte C. insueta die Fähigkeit, bei unterschiedlichem Wasserstand zu überleben, von C. amara, da die für dieses Merkmal verantwortlichen Gene in beiden Arten aktiv waren. «Die Ergebnisse zeigen, dass die neue Pflanzenart vorteilhafte Muster der elterlichen Genaktivität kombinierte, um zu seiner Etablierung in einer neuen Nische innerhalb eines Wassernutzungsgefälles beizutragen. Abhängig von der Umweltsituation aktiviert die Pflanze einen unterschiedlichen Satz von Genen, den sie von ihren beiden Elternarten geerbt hat», sagt Rie Shimizu-Inatsugi.
Cardamine insueta war für die Forscher ein Glücksfall, «weil wir die genetischen Merkmale und Umweltreaktionen einer neuen Art direkt analysieren können - Evolution in Aktion sozusagen», freut sich Shimizu-Inatsugi.