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Floral chemical defences against ants and microorganisms

Subject Area Ecology and Biodiversity of Animals and Ecosystems, Organismic Interactions
Term from 2008 to 2016
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 62850830
 
Final Report Year 2016

Final Report Abstract

Intraspezifische Variation pflanzlicher Merkmale kann unter anderem durch phänotypische Plastizität oder durch evolutionäre Anpassungen verursacht sein. In ersterem Fall reagiert ein Pflanzenindividuum oder -genotyp auf aktuelle Umweltbedingungen, der zweite Fall spiegelt langfristige Änderungen in der Umwelt einer Pflanzenart wieder. Plastizität kann durch lokale Klimabedingungen oder durch Interaktionen mit anderen Organismen in einem Ökosystem hervorgerufen werden. Es ist bekannt, dass Herbivore phänotypische Änderungen in vegetativen Pflanzenteilen hervorrufen, die eine bessere Verteidigung der Pflanze bewirken. Obwohl Blüten direkt mit dem Fortpflanzungserfolg einer Pflanze verknüpft sind, sind ähnliche Effekte im floralen Phänotyp, der Interaktionen mit Bestäubern vermittelt, nur wenig beschrieben. Unsere Arbeiten zeigten, dass Herbivore die Morphologie, den Duft und die Nektarquantität und –qualität von Blüten verändern, und somit auch das Verhalten von Bestäubern beeinflussen. Weiterhin konnten wir zeigen, dass selbst kleinste Variationen von Blütenmerkmalen zeitlich konstante Änderungen im Besuchsmuster hervorrufen, was sich stark auf die Gemeinschaftsstruktur in Blüten-Bestäuber Interaktionen auswirkt. Diese Ergebnisse zeigten erstens, dass Blüte-Bestäuber Interaktionen nicht in Isolation betrachtet werden können, sondern dass Interaktionspartner an anderen Pflanzenteilen indirekt über die Veränderung von Blütenmerkmalen daran teilhaben. Zweitens konnten wir feststellen, dass intraspezifische Variation in Blütenmerkmalen Ökosystemweite Auswirkungen hat. Im Vergleich zu phänotypischer Plastizität sind evolutionäre Anpassungen von Blütenmerkmalen langfristige Prozesse, die sich über Generationen hinweg bemerkbar machen. Die Hawaiianische Baumart Metrosideros polymorpha eignet sich in idealer Weise, solche Änderungen zu untersuchen. Die Blüten dieser Pflanzenart sind an Vogelbestäubung angepasst, die gegenwärtig aufgrund von stark reduzierten Vogeldichten in Hawaii nicht mehr in genügendem Ausmaß realisiert werden kann. Die Bestäubungsleistung wird nun Großteils durch invasive Honigbienen übernommen. Der Wechsel von einer effizienten Vogelbestäubung zu einer effizienten Bienenbestäubung erfordert morphologische und physiologische Anpassungen (z.B. Form, Nektarsekretion und Duftsignale). Im Hawaii Volcanoes National Park (HAVO), USA, haben wir von 400 Bäumen morphologische Blütenmerkmale vermessen und die Blütenduftemission analysiert. Auf Grund der vulkanisch-geprägten Geographie in HAVO mit historisch dokumentierten Lavaflüssen können die Bäume alten und jungen Populationen zugeordnet werden, also solche, die vor beziehungsweise nach der Invasion der Honigbienen entstanden sind. Wir konnten feststellen, dass sich die jungen von den alten Populationen unterscheiden und zwar in einer Weise, wie es durch Studien an anderen Pflanzenfamilien, die die Unterschiede zwischen Vogel- und Bienenbestäubung beschreiben, zu vermuten war. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Bäume sich bereits an die Bienenbestäubung angepasst haben. Hierbei handelt vor allem um eine Selektion (Merkmalsfilter) aus der bestehenden genotypischen Variabilität in den alten Populationen. Zusammenfassend konnten in unseren Studien die ökologische und evolutionäre Bedeutung der intraspezifischen Variabilität von Blütenmerkmalen klar herausgearbeitet werden.

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