image: This is a Cremastosperma brevipes, French Guiana. view more
Credit: photo/©: Paul J. M. Maas
Die größte Vielfalt an Pflanzen findet sich in den tropischen Regenwäldern Mittel- und Südamerikas. Nirgendwo sonst auf der Erde gibt es so viele verschiedene Pflanzenarten. Durch Eingriffe des Menschen ist die gesamte Region jedoch zunehmend bedroht, weshalb sich Wissenschaftler verstärkt darum bemühen, die erstaunliche Biodiversität zu erfassen und zu erforschen, wie sie entstanden ist. Eine Studie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und niederländischen Forschungseinrichtungen ist der Frage nach den Ursachen der Pflanzenvielfalt nachgegangen, indem zwei nahe verwandte Baumgruppen aus der Familie der Annonengewächse untersucht wurden. Sie bestätigt die Wichtigkeit von drei Faktoren: die Gebirgsbildung der Anden, die natürlich erfolgte Austrocknung des Pebas-Sees im heutigen Amazonasgebiet und die Bildung einer Landbrücke zwischen Mittel- und Südamerika durch den Panama-Isthmus.
Cremastosperma und Mosannona sind zwei Gattungen der Familie der Annonen- oder Flaschenbaumgewächse, die in den Regenwäldern der Neotropen vom Tiefland bis in 2.000 Meter Höhe vorkommen. Ihr Verbreitungsgebiet ist vorwiegend die Andenregion Südamerikas, es reicht aber auch weiter nördlich bis nach Mittelamerika hinein. Die Botaniker um Dr. Michael Pirie, seit 2013 Wissenschaftler an der JGU, haben die Verbreitung der unterschiedlichen Arten beider Gattungen untersucht und ihre stammesgeschichtliche Entwicklung erfasst, um somit den Einfluss der geologischen Umbrüche des Kontinents einzuordnen. Sie erstellten dazu einen Zeit-kalibrierten Stammbaum anhand von DNA-Daten und unter Verwendung einer Methode, die als "molekulare Uhr" bezeichnet wird und für die Fossilien herangezogen wurden. Insgesamt erfasst die Aufstellung 11 Arten der Gattung Mosannona und 24 Arten der Gattung Cremastosperma.
Andenbildung, Panama-Isthmus und Austrocknung des Pebas-Sees begünstigen Diversifizierung
Die Ergebnisse dieser Untersuchung ergeben ein biogeografisches Szenario, das die Bedeutung der geologischen Geschichte des nordwestlichen Südamerikas während des späten Miozäns und frühen Pliozäns - also vor etwa 5 bis 10 Millionen Jahren - bekräftigt. "Wir können wirklich zeigen, dass die Diversifizierung der beiden Pflanzengattungen zeitlich parallel zu den einschneidenden geologischen Ereignissen verlief, der Hebung der Anden, der Austrocknung des Pebas-Systems und der Entstehung einer Landbrücke zu Mittelamerika", sagt Michael Pirie. Beispielsweise konnten sich Cremastosperma-Arten in das Gebiet des heutigen Amazonasbeckens ausbreiten und diversifizieren, nachdem der See durch den Eintrag von Pflanzenmaterial trockengelegt war.
Diversifizierung durch Einwanderung in ein neues Ökosystem ist eine Möglichkeit, Anpassung an neue Gegebenheiten eine andere. "Natürliche Veränderungen über einen langen Zeitraum geben den Pflanzen die Möglichkeit, sich anzupassen", erklärt Pirie dazu. Schnelle Veränderungen, wie sie in der jüngeren Vergangenheit zu beobachten sind, lassen den Pflanzen dagegen kaum die Chance zu evolvieren.
Während die beiden Gattungen sich also fast lehrbuchmäßig gemäß den geologischen Gegebenheiten entwickelt haben, stellten die Biologen einen markanten Unterschied fest. Auch wenn das Verbreitungsmuster weitgehend übereinstimmt, haben sich Cremastosperma-Arten und Mosannona-Arten teilweise auf verschiedenen Wegen verbreitet. So ging die Ansiedlung in einem Gebiet, das heute in Guyana liegt, im Fall von Cremastosperma von Nordwest-Südamerika aus zu einer Zeit, bevor der letzte Teil der hohen Anden entstanden ist und eine Barriere bilden konnte, in dem Fall von Mosannona aber zu einem viel späteren Zeitpunkt aus dem Amazonasbecken.
Taxonomische Revision mit 5 neuen Arten geplant
Pirie setzt seine Forschungsarbeiten ab diesem Jahr mit einer Förderung durch das Heisenberg-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) fort. Dazu wird auch die Veröffentlichung einer umfangreichen Monografie gehören, die die mittlerweile 34 Cremastosperma-Arten beschreibt, darunter 5 neue Arten, die Pirie und seine Kollegen vor Kurzem entdeckt haben.
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Journal
Royal Society Open Science