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Survival of the Poorest: Genetische Verarmung gilt als Evolutionsnachteil – zu Recht?

10.02.2012
Forschungsprojekt an der Universität Hohenheim: Können Pflanzen Umweltänderungen überleben, auch wenn sie genetisch nicht vorbereitet sind?

Eigenbrötler und Überlebenskünstler: Die allermeisten Pflanzen sind genetisch an besondere Umweltbedingungen angepasst. Klimaänderungen sind daher eine ernsthafte Gefahr für ihr weiteres Fortbestehen.

Doch seltsamerweise überleben viele Pflanzenarten schon seit Tausenden von Jahren hartnäckig in oft sehr kleinen Verbreitungsgebieten – trotz starker Umweltveränderungen über diesen Zeitraum. Wie sie das geschafft haben, untersucht der Pflanzenforscher Prof. Dr. Karl Schmid von der Universität Hohenheim. Dabei unterstützt ihn die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund 281.000 Euro. Damit gehört sein Forschungsprojekt ADAPTOMICS zu den Schwergewichten der Forschung an der Universität Hohenheim.

Ihr Lebensraum liegt in den Alpen auf 1800 bis 2500 Metern Höhe und ist nur 25 Quadratkilometer groß. „Das Verbreitungsgebiet ist nicht viel mehr als ein einziger Bergzug in der norditalienischen Region Piemont“, sagt Prof. Dr. Karl Schmid, Leiter des Fachgebiets Nutzpflanzenbiodiversität und Züchtungsinformatik an der Universität Hohenheim. „Das ist dem unscheinbaren Pflänzchen aber immer noch nicht exklusiv genug. Denn es kommt in diesen Höhen nur entlang von Flussläufen vor“, schränkt der Pflanzenforscher weiter ein.

Die Rede ist von der Pflanze Arabidopsis pedemontana, einer Verwandten der Ackerschmalwand. Und neben ihr gibt es in den Westalpen und rund ums Mittelmeer noch mehrere hundert weitere Pflanzenarten mit sehr kleinen Verbreitungsgebieten. Botaniker nennen sie endemische Arten. „Endemiten machen weltweit den Großteil der Artenvielfalt von Pflanzen aus“, sagt Prof. Dr. Schmid.

Genetische Vielfalt gilt als beste Überlebens-Chance

Ob diese Eigenbrötler unter den Pflanzen dem Klimawandel und anderen tiefgreifenden Umweltveränderungen gewachsen sind oder ob sie daran zugrunde gehen und aussterben, ist bisher noch nicht richtig erforscht. „Endemiten, wie Arabidopsis pedemontana sind nur mit sehr kleinen Populationen vertreten und deshalb genetisch extrem verarmt“, erklärt Prof. Dr. Schmid.

So gesehen scheinen endemische Pflanzen tatsächlich vom Aussterben bedroht zu sein. Denn je vielfältiger das genetische Material ist, desto besser können sich Pflanzen an neue Gegebenheiten anpassen.

Aber so einfach geben sie sich offenbar doch nicht geschlagen: „Es ist paradox“, sagt Prof. Dr. Schmid, „aber die beiden Arabidopsis-Arten, die wir untersuchen, kommen beide schon seit mindestens 100.000 Jahren in ihren heutigen Verbreitungsgebieten vor.“ Klimaänderungen haben die beiden Kreuzblütler also schon einige überlebt. Denn in den letzten 100.000 Jahren hatten mehrere Eiszeiten Europa fest im Griff.

Hartnäckigkeit der genetisch Verarmten

Es lässt sich ganz einfach erklären, was die Endemiten zu Überlebenskünstlern gemacht haben könnte: „Vielleicht waren sie vor 100.000 Jahren noch mit genetischer Vielfalt gesegnet“, erklärt der Hohenheimer Pflanzenforscher. „Wenn das so war, dann können wir das auch heute noch nachweisen.“

Möglicherweise gäbe es aber auch noch weitere, bislang unerforschte Mechanismen, die den Endemiten das Überleben ermöglichten. Zusammen mit Prof. Dr. Marcus Koch von der Universität Heidelberg analysiert Prof. Dr. Schmid deshalb das gesamte Erbgut der Arabidopsis pedemontana und ihrer Verwandten, Arabidopsis cebennensis aus den südfranzösischen Cevennen. Populationsgenetische Verfahren geben den beiden Forschern dabei auch Einblick in die Geschichte des Genoms. „Damit können wir modellhaft untersuchen, welche Chancen die Endemiten haben, sich an den Klimawandel anzupassen, ohne an ihrer fehlenden genetischen Anpassungsfähigkeit auszusterben“, erläutert Prof. Dr Schmid.

Würden die Forscher fündig, hätten ihre Ergebnisse auch für die Agrarwirtschaft zu Zeiten des aktuellen Klimawandels enorme Bedeutung: „Unsere Kulturpflanzen sind im Vergleich zu ihren wilden Vorläuferarten oft genetisch stark verarmt. Daher ermöglicht die Genomanalyse bei den beiden Gebirgswildpflanzen auch Rückschlüsse auf deren Anpassungsfähigkeit an das Klima der Zukunft.“

Hintergrund: Forschungsprojekt ADAPTOMICS

Der Projektname ADAPTOMICS ist zusammengesetzt aus den beiden englischen Begriffen adaption (= Anpassung) und genomics (= Genomik). Es ist ein auf drei Jahre angelegtes Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und umfasst etwa zwei Dutzend Arbeitsgruppen an Universitäten in ganz Deutschland. Den Hohenheimer Beitrag von Prof. Dr. Schmid fördert die DFG mit rund 281.000 Euro.

Hintergrund: Schwergewichte der Forschung

Fast 31 Millionen Euro an Drittmitteln akquirierten Wissenschaftler der Universität Hohenheim 2010 für Forschung und Lehre. In loser Folge präsentiert die Reihe „Schwergewichte der Forschung“ herausragende Forschungsprojekte mit einem Drittmittelvolumen von mindestens einer viertel Million Euro bzw. 125.000 Euro in den Wirtschafts- und Sozialwissenschaften.

Text: Weik / Klebs

Florian Klebs | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-hohenheim.de

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