Reziproke Fitnesskonsequenzen in der durch Pflanzengifte vermittelten Interaktion zwischen einer Giftpflanze und einem sequestrierenden Herbivoren

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Jörn Pagel; Professor Dr. Georg Petschenka; Professor Dr. Andreas Schweiger; Professorin Dr. Anke Steppuhn
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535991727

Das beantragte Projekt ist Teil des Antragspakets "Fitness-Landschaften biotischer INTeraktionen und ihre Rolle für die öko-evolutionäre Dynamik von Biodiversität: theoriebasierte Synthese verschiedener Interaktionstypen (FLINT)". In dieser empirischen Studie untersuchen wir die wechselseitigen Fitnesskonsequenzen der Interaktion zwischen einer giftigen Pflanze und ihrem spezialisierten Samenprädator, der Pflanzentoxine zur Verteidigung sequestriert. Sekundärmetabolite spielen auf verschiedenen Ebenen eine zentrale Rolle für biotische Interaktionen. Zum einen beeinflussen ihre chemischen Eigenschaften die globalen Verbreitungsmuster pflanzlicher Interaktionen, zum anderen bedingen lokale Unterschiede in der Zusammensetzung von Herbivoren geografische Variation in der pflanzlichen Abwehr. Bislang ist unser Verständnis der wechselseitigen Fitnesskonsequenzen chemisch-vermittelter antagonistischer Pflanzen-Herbivoren-Interaktionen jedoch noch sehr begrenzt. Insbesondere wurde noch nie untersucht, wie das Zusammenspiel von biotischen und abiotischen Faktoren auf großen und lokalen räumlichen Skalen, die Fitness beider Seiten beeinflusst. Unsere hierarchisch gegliederten Projektziele reichen von der molekularen Ebene der Abwehrchemie bis zu großräumigen Verbreitungsmustern. Wir postulieren, dass die reproduktive Fitness und die chemische Abwehr von Pflanzen durch Wechselwirkungen mit ihrer abiotischen und biotischen Umwelt über ihre Verbreitungsgebiete hinweg variieren. Diese Variation wirkt sich wiederum auf sequestrierende Samenprädatoren aus, die ihrerseits direkt auf die pflanzliche Fitness wirken, indem sie sich von pflanzlichen Fortpflanzungsorganen ernähren und sich durch sequestrierte Pflanzentoxine schützen. Als Modell dient uns die eurasische Bodenwanze Spilostethus saxatilis (Heteroptera: Lygaeinae), die obligat an Herbstzeitlosen (Colchicum autumnale) lebt und große Mengen Colchicum-Alkaloide sequestriert. Wir werden C. autumnale-Populationen in Deutschland und Europa, die von S. saxatilis besiedelt oder nicht besiedelt sind, entlang von Temperatur-, Niederschlags- und Bodennährstoffgradienten untersuchen. Hierbei werden wir (1) Alkaloide und anderen pflanzliche Abwehrstoffe in Insekten und Pflanzen über geografische und biotische Gradienten hinweg analysieren, (2) die abiotische und biotische Umwelt charakterisieren und die Fitness von Herbstzeitlosen und S. saxatilis ermitteln, (3) mit reziproken Biotests anhand von Wachstum, Sequestration und Samenprädation auf lokale Anpassung testen, und (4) ökologische und biogeografische Modelle erstellen, um herauszufinden, wie Fitness-Rückkopplungen biotischer Interaktionen das gemeinsame Vorkommen von Pflanzen und Insekten in ihren Verbreitungsgebieten beeinflussen. Das Projekt wird der Entwicklung eines allgemeinen theoretischen Modells für die Konzeptualisierung von Arteninteraktionen und deren Fitnesskonsequenzen dienen, das den gemeinsamen Fokus des FLINT-Konsortiums bildet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen