the danger of re-introduction of invasive plants: A novel experimental test with two species from their introduced and native range
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Invasive Pflanzen beeinflussen ökologische Gemeinschaften sehr stark. Theorien, die das Paradox der Invasion erklären wollen, basieren auf mikroevolutionären Veränderungen in Bezug auf biotische Interaktionen. Die Evolution of Increased Competitive Ability (EICA) Hypothese postuliert, dass Pflanzen im neuen Gebiet durch den Verlust von Feinden zu überragenden Konkurrenten evolvieren können. Eine davon ausgehende innovative Hypothese wurde hier getestet: Führt man invasive Ökotypen wieder in die Heimat ein, können sie auch dort invasiv werden. Eine neuartige Kombination von Experimenten wurde durchgeführt, um zu testen, ob Ökotypen aus dem invasiven Gebiet stärker attackiert werden und konkurrenzstärker sind als ihre heimischen Vorgänger. In letzterem Fall stellen sie eine Gefahr für heimische Ökosysteme dar, z.B. durch Einführen in kontinentübergreifenden Studien. Wir haben die Frage mit zwei Pflanzenarten gegensätzlichen Einwanderungsmusters untersucht: Lythrum salicaria (heimisch in Europa; invasiv in den USA) und Impatiens glandulifera (heimisch in Asien, invasiv in Europa). Die wichtigsten wissenschaftlichen Erkenntnisse aus diesem Projekt sind: Pflanzen aus dem heimischen und neuen Verbreitungsgebiet unterschieden sich genetisch, d.h. evolutionäre Prozesse fanden im Laufe der Invasion statt. Die Unterschiede drückten sich in unterschiedlicher Reaktion auf Herbivorie und Konkurrenz aus, waren jedoch nicht für beide Arten gleich. Die Ergebnisse für Lythrum salicaria stützten die EICA-Hypothese: Pflanzen aus dem neuen Verbreitungsgebiet waren durch heimische Herbivore stärker betroffen, jedoch extrem tolerant, was erstmals mit dem vollen natürlichen Herbivoriespektrum getestet wurde. Darüberhinaus waren invasive Pflanzen deutlich größer und hatten, in intra- und interspezifischer Umgebung, sowohl einen überragenden Konkurrenzeffekt auf Nachbarn, als auch eine geringere Antwort auf Konkurrenz. Die Konkurrenzversuche mit Impatiens glandulifera waren uneindeutig. Pflanzen aus Europa wuchsen höher als einheimische, waren jedoch unterlegene Konkurrenten. Hochinteressante und unvorhergesehene Ergebnisse sind aus Versuchen hervorgegangen, in welchen Herbivorieantwort und Konkurrenzstärke mit Hybriden aus invasiven und heimischen Pflanzen durchgeführt wurden. Wir nahmen an, dass Hybride entweder intermediäre Eigenschaften haben oder eine erhöhte Leistung zeigen (Heterosis). Letzteres hat sich für Impatiens bestätigt – hier waren Hybride wüchsiger und konkurrenzstärker als die Elterngeneration. Dies lässt ebenso wie bei Lythrum eine Rückkreuzung einheimischer mit invasiven Ökotypen als gefährlich erscheinen, und zwar sowohl im heimischen als auch im neuen Gebiet. Für Lythrum ergaben sich bahnbrechende und unerwartete Ergebnisse, die wir aufgrund ihrer weitreichenden Konsequenzen derzeit mit zusätzlichen Versuchen bestätigen wollen: Hybride verhielten sich in der Antwort auf Nachbarn und auf Herbivore so wie die Pflanzen mütterlicher Herkunft, d.h. komplexe Eigenschaften wie die Antwort auf biotische Interaktionen und somit die Invasibilität der Art könnten maternal vererbt sein. Insgesamt stützen unsere Ergebnisse die Ausgangshypothese, dass eine Kreuzung zwischen invasiven und heimischen Ökotypen negative Folgen haben kann, da im neuen Gebiet evolutionäre Veränderungen stattfanden, die Invasibilität fördern. Dies muss dringend bei zukünftigen Studien beachtet werden, welche Freilandversuche mit beiden Herkünften durchführen. Ebenso sollte ein weiterer Transport von neuen Genotypen dieser Arten vermieden werden, da diese frei kreuzbar sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2008: Testing prediction of evolution of increased competitive ability hypothesis between native and invasive Lythrum salicaria”. NEOBIOTA-5th European Conference on Biological Invasions. Prague, Czech Republic
Joshi, S. & Tielbörger, K.
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2008: The Enemy Release Hypothesis: Understanding the success of introduced plants through full exposure to native herbivores. Annual conference of the Plant Population Biology section of the GfÖ. Luxembourg
Joshi, S. & Tielbörger, K.
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2009: Separating competitive effect and response of native introduced and hybrid Lythrum salicaria. BIOLIEF - World Conference on Biological Invasions and Ecosystem Functioning. Porto, Portugal
Joshi, S. & Tielbörger, K.
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(2010): The danger of re-introduction of invasive plants: A novel experimental test with Lythrum salicaria from introduced and native range. Ph.D. Thesis, University of Tübingen, Germany
Joshi, S.
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2011: Cherchez la femme- is invasiveness maternally inherited? Annual conference of the Plant Population Biology section of the GfÖ. Oxford, UK
Tielbörger, K., Joshi, S., Bilton, M., Seifan, M.
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2012: Response to enemies in the invasive plant Lythrum salicaria is genetically determined. Annals of Botany
Joshi, S. & Tielbörger, K.
