Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolution der schnellsten Fallen im Pflanzenreich

21.09.2017

Biomechanik und Evolution der Saugfallen bei fleischfressenden Wasserschläuchen:
Wasserschläuche sind die größte Gruppe von fleischfressenden Pflanzen mit faszinierenden Saugfallen, die mit Unterdruck kleine Beutetiere einsaugen. Allerdings war bisher die Funktionsweise der Fallen nur von wenigen, im Wasser lebenden Arten bekannt. Nun wurden erstmals auch lebende Fallen von landlebenden Arten mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und Elektronenmikroskopie untersucht, und die Evolution dieser Fallen anhand eines Stammbaumes der Gattung rekonstruiert.

Wasserschläuche (Utricularia spp., Familie Lentibulariaceae) sind rätselhafte fleischfressende Pflanzen mit vielen Superlativen: So sind sie die abstammungsgeschichtlich jüngste und mit mehr als 240 Arten dennoch größte Gattung an karnivoren Blütenpflanzen, sie haben die schnellsten Fallen (die Saugfallen führen eine der schnellsten Bewegungen im Organismenreich durch, die Beutetiere werden beim Einsaugen durch Unterdruck mit bis zu 4 Metern pro Sekunde Geschwindigkeit auf bis zu 2800-fache Erdanziehung beschleunigt), sie sind Pflanzen ganz ohne Wurzeln und Laubblätter (die eigentlichen Blätter sind zu den typischen, blasenartigen Fallen umgewandelt, die Photosynthese übernehmen bei diesen Pflanzen hingegen umgewandelte Sprosse), sind fast weltweit verbreitet, zeigen viele verschiedene Lebensformen (von Wasserpflanzen bis hin zu Epiphyten im tropischen Nebelwald) und eine sehr hohe Bandbreite an morphologischer Variabilität.


Strukturelle Vielfalt bei fleischfressenden Wasserschläuchen (Utricularia spp.), Fallen und Blüten.

Fotos: A. Fleischmann (SNSB-BSM) und Plant Biomechanics Group Freiburg

Seit einigen Jahren werden vergleichende morphologische und biomechanische Analysen der ultraschnellen Saugfallen, von Dr. Simon Poppinga und Anna Westermeier in der Plant Biomechanics Group am Botanischen Garten der Universität Freiburg unter der Leitung von Prof. Thomas Speck durchgeführt, welche bereits zu fundamentalen Einsichten in die Funktionsweise dieser hochkomplexen Strukturen geführt haben.

Allerdings wurden bisher fast alle Untersuchungen an frei im Wasser schwimmenden Wasserschlauch-Arten durchgeführt, obwohl diese nur etwa 16% der Artenvielfalt in dieser Pflanzengruppe ausmachen. Untersuchungen der viel artenreicheren und vielfältigeren landbewohnenden Arten fehlten bisher. Nur wurden erstmals vergleichende Untersuchungen zur Fallendiversität und Funktionsweise an lebenden Fallen verschiedenster Arten aus verschiedenen Lebensräumen angestellt und dadurch Erkenntnisse zur Evolution dieser faszinierenden Fangorgane gewonnen.

Die Ergebnisse dieser Kooperation zusammen mit Dr. Andreas Fleischmann von der Botanischen Staatssammlung München sowie mit Prof. Kai Müller vom Institut für Evolution und Biodiversität der Universität Münster wurden nun im open access Fachmagazin Scientific Reports veröffentlicht. Vergleichende funktionsmorphologische und biomechanische Untersuchungen an Fallen von 19 Wasserschlaucharten zeigen eine hohe Vielfalt an Falleneingangs- und Türstrukturen sowie unterschiedliche Bewegungsabläufe beim Saugen, die als Anpassungen an die verschiedenen besiedelten Lebensräume interpretiert werden können.

Eine Art (Utricularia multifida) aus einer verwandtschaftlich sehr ursprünglichen, artenarmen Gruppe aus Südwest-Australien zeigt überhaupt gar keine Fallenaktivität und kann daher als passiver Fallentyp gewertet werden, der wahrscheinlich, anstatt zu saugen, mit einer passiven Klapptüre ähnlich einer Katzenklappe Beute fängt. Aus diesen passiven Vorläufern entwickelten sich in den nächstverwandten Abstammungslinien in Australien aktive Saugfallen, die je nach Lebensraum entsprechend modifiziert wurden.

Die Entwicklung der aktiven Saugfallen scheint eine Schlüsselentwicklung für die ungeheure Artenvielfalt in dieser Gruppe gewesen zu sein. Von landlebenden Vorfahren mit aktiven Saugfallen sind mehrmals Linien von Wasserpflanzen entstanden, deren Vertreter die gut untersuchten, extrem schnellen Saugbewegungen ausführen. Erstmals konnten solche Form-Struktur-Funktionszusammenhänge aufgedeckt und in einen evolutiven Kontext anhand einer phylogenetischen Rekonstruktion der Gattung Utricularia, basierend auf Gensequenzen von 105 Arten, gebracht werden.

Originalveröffentlichung:
A. S. Westermeier, A. Fleischmann, K. Müller, B. Schäferhoff, C. Rubach, T. Speck, S. Poppinga (2017) Trap diversity and character evolution in carnivorous bladderworts (Utricularia, Lentibulariaceae). Scientific Reports, online article: http://www.nature.com/articles/s41598-017-12324-4

Kontakt:
Dr. Andreas Fleischmann
SNSB - Botanische Staatssammlung München
Menzinger Straße 67, 80638 München
E-mail: fleischmann@bsm.mwn.de
Tel. (+49) 089/17861-240
http://www.botanischestaatssammlung.de/index.html?/staff/fleischmann.html

Weitere Informationen:

http://www.snsb.de - Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns (SNSB)
http://www.botanischestaatssammlung.de - Botanische Staatssammlung München (BSM)

Dr. Eva-Maria Natzer | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wasserbewegung als Hinweis auf den Zustand von Tumoren
19.04.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden
19.04.2018 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Nachhaltige und innovative Lösungen

19.04.2018 | HANNOVER MESSE

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur optischen Kernuhr

19.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics