Effekte zwischenartlicher Biodiversität auf innerartliche genetische Diversität: Ein genomischer Ansatz auf der Ebene der Artengemeinschaft

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Schielzeth; Professor Dr. Jochen B. W. Wolf
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422440326

Evolutionäre und ökologische Prozesse interagieren auf aktuellen Zeitskalen. Daraus resultieren öko-evolutionäre Dynamiken, in denen ökologische Prozesse die selektionsrelevante Umwelt beeinflussen ("Öko-zu-Evo-Rückkopplungen") und innerartliche Verschiebungen in Häufigkeit und Zusammensetzung von Populationen die zwischenartliche Interaktionen verändern ("Evo-zu-Öko- Rückkopplungen"). Unter den Evo-zu-Öko-Rückkopplungen ist es besonders die innerartliche genetische Diversität, die das Rohmaterial für Anpassungen bietet. Die Fähigkeit zur Anpassung beeinflusst wiederum die Beständigkeit von Populationen und bildet damit eine wichtige Komponente für nachhaltige Ökosystemfunktionen. Auf der Seite der Öko-zu-Evo-Rückkopplungen ist es die zwischenartliche Diversität der Artengemeinschaft, die sich auf die Populationsstruktur ihrer Mitglieder auswirkt und darüber deren innerartliche genetische Diversität beeinflusst. Interessanterweise korreliert zwischenartliche und innerartlichen Diversität in vielen natürlichen Populationen, aber die Ursachen für diese Korrelationen sind bisher nicht erforscht. Ein Grund dafür ist ein Mangel an experimentellen Langzeitstudien, die zwischenartliche Diversität manipulieren und damit eine Untersuchung der Öko-zu-Evo-Rückkopplungen erlauben. Unser Projekt wendet populationsgenetische Methoden auf der Ebene von Lebensgemeinschaften an, ein Ansatz der jüngst als Lebensgemeinschaftsgenetik bezeichnet wurde. Dies erlaubt es, die öko-evolutionären Dynamiken auf allen Ebenen von der Lebensgemeinschaft, über Populationen bis hin zur genetische Konstitution von Individuen, zu verstehen. Anders als frühere Studien arbeiten wir im experimentellen Kontext des Jena Experiments und werden alle Arten der Pflanzengemeinschaft untersuchen. Speziell wollen wir folgende Fragen beantworten: (1) Beeinflusst die zwischenartliche Diversität der Artengemeinschaft die intraspezifische genetische Diversität von Pflanzenpopulationen? (2) Beeinflusst die zwischenartliche Diversität die Verteilung genetischer Variation über die Individuen? (3) Haben sich die Populationen über die 18-jährige Dauer des Jena Experiments systematisch verändert? Wir werden die intraspezifische und interindividuelle genetische Variation in einer Gruppe von 12 Pflanzenarten (je 3 Arten aus 4 Gruppe) über den gesamten zwischenartlichen Diversitätsgradienten des Jena Experiments mittels moderner Genotypisierung-durch- Sequenzierungs-Verfahren untersuchen. Anschließend werden wir die Ergebnisse über alle 60 Arten des Experimentes replizieren und generalisieren. Dies beinhaltet Proben aus den Gründerpopulationen von 2002 (aus Samenbanken) und artspezifischen Proben aus Artengemeinschaften mit niedriger und hoher zwischenartlicher Diversität. Dieser Ansatz erlaubt uns erstmals in einem experimentellen Freilandversuch zu testen, wie die zwischenartliche Diversität der Lebensgemeinschaften die innerartliche genetische Diversität und damit die Anpassungsfähigkeit beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5000: Biotische Interaktionen, Artengemeinschaften und öko-evolutionäre Dynamiken als Steuergrößen von Langzeitzusammenhängen zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen