Räumlich-zeitliche Evolution von Ameisenpflanzen der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae) in Südostasien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine der zentralen Fragen der Evolutionsbiologie bezieht sich darauf, welche Faktoren maßgeblich die Differenzierung und Artbildung von Organismen beeinflussen. Aufgrund ihres Artenreichtums stellt die paläotropische Gattung Macaranga (Euphorbiaceae) ein geeignetes Modellsystem dar, um evolutionäre Vorgänge im Zusammenhang mit Myrmekophytie, der obligaten Assoziation zwischen Pflanzen und Ameisen, zu untersuchen. Mithilfe von nextgeneration-sequencing (Genotyping-by-Sequencing, GBS) konnten wir erstmals eine hochaufgelöste Phylogenie der Macaranga-Ameisenpflanzen und ihrer nah verwandten nicht-myrmekophytischen Arten in Sundaland, Südostasien, rekonstruieren. Dies ermöglichte es uns, Rückschlüsse auf die räumlich-zeitliche Evolution der Gruppe zu ziehen und die Rolle der Myrmekophytie als ein möglicher treibender Faktor von Diversifizierungsprozessen zu beleuchten. Im Gegensatz zu früheren Untersuchungen ergab unsere Analyse, dass sich Myrmekophyten nur einmal in der Gattung Macaranga entwickelt haben, nämlich vor etwa 18 Mio. Jahren auf der Insel Borneo. Die Variation der Domatientypen und die Tatsache, dass die Domatien als zentrales Merkmal der Myrmekophyten, im Laufe der Evolution der Macaranga-Ameisenpflanzen mindestens vier- bis sechsmal wieder verlorengingen, deuten darauf hin, dass die mit der Myrmekophytie verbundenen Merkmale phänotypisch plastisch und nicht dauerhaft stabil sind. Darüberhinaus erbrachten Analysen zur Diversifizierungsrate keine Unterstützung für die frühere Hypothese, dass die obligate Symbiose mit Ameisen die Artbildungsrate bei Macaranga erhöht haben könnte. In Verbindung mit der Beobachtung, dass Macaranga-Ameisenpflanzen eine unterschiedlich starke Spezialisierung bezüglich ihrer Ameisenpartner aufweisen, wobei basalere Linien einen stärkeren Grad an Spezialisierung aufweisen, kommen wir zu dem Schluss, dass die Myrmekophytie zwar zweifelsohne als Schlüsselinnovation im Hinblick auf die Besetzung weiterer ökologischer Nischen fungiert, aber nicht als primäre Triebkraft der Artbildung in Macaranga zu wirken scheint. Stattdessen gehen wir davon aus, dass bei übermäßiger Spezialisierung die Myrmekophytie sogar eine evolutionäre Sackgasse darstellen könnte. Biogeografische Rückschlüsse aus datierten Phylogenien und ancestral area Rekonstruktionen lassen darauf schließen, dass geologische Ereignisse und geografische Gegebenheiten und nicht die Assoziation mit Ameisen die wichtigsten Triebkräfte für die Artbildung in den myrmekophytischen Macaranga-Gruppen waren. So begann die Diversifizierung von drei wichtigen myrmekophytischen Linien der Gattung vor ~ 9 Mio. Jahren, was mit vulkanischen Aktivitäten und der raschen Hebung des Mount Kinabalu im Norden Borneos zusammenfällt. Auch in der Macaranga-Sektion Pruinosae scheinen extrinsische Faktoren die wesentlichen Treiber für Ausbreitungs- und Diversifizierungsereignisse gewesen zu sein. Die Differenzierung von Linien in Ost- und West-Sundaland konzentrierte sich für alle drei Sundaland-weit verbreiteten Arten der Sektion auf 1,4 Mio. Jahre. Dies deutet darauf hin, dass die Ausbreitung über den Sunda-Schelf, der sonst eine deutliche Barriere für den Genfluss darstellte, im frühen Pleistocene erleichtert war. Die beiden Inseln Bangka und Belitung, die zwischen Borneo und Sumatra liegen, spielten auch im späteren Pleistocene offensichtlich noch eine wichtige Rolle als Trittsteine für die Ausbreitung zumindest einiger Arten über den Schelf.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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An NGS approach to unraveling the phylogeny and biogeography of section Pruinosae within the SE Asian ant-plant genus Macaranga. Meeting of the Section Biodiversity and Evolution, German Society for Plant Sciences. 5th October 2021, online
Dixit, N. M. & Guicking, D.
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An NGS-based approach to investigating the spatial and temporal evolution of myrmecophytism in Southeast Asian Macaranga (Euphorbiaceae) lineages. SFE² GfÖ EEF Joint meeting, International Conference on Ecological Sciences "Ecology and Evolution: New perspectives and societal challenges". 21-25 November 2022, Metz (France)
Dixit, N. M. & Guicking, D.
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NGS based approach to investigating systematics and biogeography of myrmecophytic Macaranga (Euphorbiaceae). 23rd Annual Meeting of the Society of Biological Systematics. 21st – 24th March 2022, online
Dixit, N. M. & Guicking, D.
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An NGS-based approach to investigate the evolutionary dynamics of myrmecophytism in the Southeast Asian Macaranga (Euphorbiaceae) ant-plant lineages. 52. Jahrestagung der GfÖ, 12. - 16. September 2023, Leipzig
Dixit, N. M. & Guicking, D.
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Biogeography of the Sunda Shelf revisited: Insights from Macaranga section Pruinosae (Euphorbiaceae). Frontiers in Ecology and Evolution, 10.
Dixit, Nadi M.; Zirpel, Malte; Slik, J. W. Ferry; Jamsari, J.; Weising, Kurt & Guicking, Daniela
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Myrmecophytism as a driver of macroevolutionary patterns: perspectives from the Southeast AsianMacarangaant-plant symbiosis. Cold Spring Harbor Laboratory.
Dixit, Nadi M. & Guicking, Daniela
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Understanding the macroevolutionary dynamics of myrmecophytism through the Southeast Asian Macaranga-Crematogaster ant-plant symbiosis. DBG, Meeting of the Section Biodiversity & Evolutionary Biology, 23rd - 26th Aug. 2023, Gießen
Dixit, N. & Guicking, D.
