The ecology and genetics of central and peripheral populations of carduus defloratus
Final Report Abstract
Das Ziel dieses Projektes war es, die Vorhersagen des "Abundant Center Models" (ACM) durch einen Vergleich von Populationen von Carduus defloratus entlang eines Gradienten vom Zentrum zur Peripherie des Verbreitungsgebietes zu testen. Das ACM sagt voraus, dass aufgrund von zunehmend ungünstigen Bedingungen zum Rand des Verbreitungsgebietes hin Populationen kleiner und weniger dicht werden und weniger Samen produzieren. Aufgrund der geringeren Größe von Populationen und ihrer stärkeren Isolation voneinander sollte außerdem die genetische Variabilität in Populationen zur Peripherie hin abnehmen und ihre Differenzierung zunehmen. Die meisten dieser Vorhersagen des ACM trafen auf C. defloratus zu. Die Größe der Populationen, die Dichte der Pflanzen und ihre Reproduktion, aber auch der Anteil durch Insekten geschädigter Samen nahm vom Zentrum zur Peripherie des Verbreitungsgebietes ab. Demographische Studien in 14 Populationen entlang des Zentralitätsgradienten zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen peripheren und zentralen Populationen in der asymptotischen Wachstumsrate (λ) der Populationen, der zeitlichen Variabilität in λ, oder des Aussterberisikos von Populationen einer bestimmten Größe. Die beiden Typen von Populationen unterschieden sich jedoch in den einzelnen demographischen Übergängen, deren zeitlicher Variabilität, den Beiträgen der einzelnen Übergänge zu λ, in ihrer Stadienstruktur, und in der Lebensdauer der Pflanzen. Eine Analyse der genetischen Struktur und Variabilität mit AFLP-Markern zeigte, dass die genetische Variabilität innerhalb der Populationen zur Peripherie hin abnahm, während die Differenzierung zwischen Populationen zunahm. Die genetische Differenzierung zwischen Populationen nahm mit ihrer Entfernung voneinander stark zu, was auf Genfluss in der Vergangenheit zwischen heute isolierten Populationen hindeutet. Zusammen mit dem geringen Effekt der aktuellen Größe der Populationen auf die genetische Variabilität zeigt dies, dass die genetische Struktur der Populationen der langlebigen Art C. defloratus vor allem durch historische Prozesse bedingt ist. Wie die genetische Variabilität molekularer Marker nahm auch diejenige verschiedener quantitativer Merkmale vom Zentrum zur Peripherie hin ab und die Differenzierung zwischen Populationen zu. Dennoch war die Korrelation zwischen der Variabilität molekularer und quantitativer Merkmale gering. Disruptive Selektion beeinflusst offenbar quantitative Merkmale, da die Differenzierung in verschiedenen quantitativen Merkmalen deutlich stärker als zwischen molekularen Markern war und Merkmale klinale Variation in Beziehung zu Umweltgradienten zeigten. Experimente zum Einfluss der Kreuzungsdistanz auf die Fitness der Nachkommen zeigten, dass Nachkommen peripherer Populationen allgemein eine geringere Fitness hatten. Die Fähigkeit zur Selbstbestäubung bei Pflanzen aus peripheren war höher als bei Pflanzen aus zentralen Populationen, was auf eine Anpassung an Bestäubermangel in den peripheren Populationen hindeutet. Nachkommen aus Kreuzungen peripherer mit zentralen Pflanzen hatten eine höhere Fitness als Nachkommen von Kreuzungen innerhalb und zwischen peripheren Populationen, d.h. sie führten offenbar zu Heterosiseffekten bei Pflanzen aus peripheren Populationen.
