Structure and function of explosive fruits and seed dispersal in Acanthaceae

Die Pflanzenfamilie Acanthaceae, auch bekannt unter dem Namen ‚Akanthusgewachse‘, umfasst schatzungsweise 4000 Arten, die hauptsachlich in den Tropen und Subtropen heimisch sind und eine hohe morphologische Diversitat aufweisen. Es wurden in den letzten Jahrzehnten bereits verschiedene Studien zu dieser Pflanzenfamilie durchgefuhrt; besonders die phylogenetischen Beziehungen zwischen den Unterfamilien waren oft im Fokus der Wissenschaft. Ein Forschungsbereich der jedoch bisher oftmals fur Verwirrung sorgte konzentriert sich auf die Frage welche Vertreter der Acanthaceen explosive Fruchte bilden und welche dies nicht tun. Zu diesem Thema findet man zahlreiche Widerspruche verteilt uber das letzte Jahrhundert. Diese Studie versucht etwas Licht ins Dunkel zu bringen und aufzuklaren ob es nun tatsachlich explosive Samenausbreitung in den drei wichtigsten Unterfamilien – Acanthoideae, Nelsonioideae und Thunbergioideae – der Acanthaceen gibt. Dafur wurden verschiedenste Arten der Acanthoideae und jeweils eine Art der beiden anderen Unterfamilien (Elytraria carolinensis von den Nelsonioideae und Thunbergia alata von den Thunbergioideae) untersucht. Von der erstgenannten Unterfamilie wurden nicht nur Fruchte aus dem Botanischen Garten der Universitat Wien gesammelt, sondern auch Fruchte von Vertretern, die wahrend der Feldstudie im Februar 2015 in Costa Rica in der Nahe der Tropenstation La Gamba gesucht wurden. Mit Hilfe von Laborexperimenten, wurde festgestellt, dass tatsachlich Vertreter aus allen drei Unterfamilien zur explosiven Samenausbreitung befahigt sind. Zusatzlich wurden die Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Fruchtmorphologie und Anatomie der drei Unterfamilien mit Hilfe von Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Computertomographie im Detail herausgearbeitet. Diese Untersuchungen zeigten, dass Acanthoideae Retinacula – eine Haken-Struktur, die die Auswurfweite der Samen betrachtlich erhohen kann – besitzen. Manche Wissenschaftler der vergangenen Jahre vermuteten, dass diese Struktur die Explosion der Fruchtkapseln gar erst ermoglicht. Dies wurde mit der vorliegenden Studie widerlegt, da, wie schon erwahnt, auch Elytraria carolinensis und Thunbergia alata explodierende Kapseln hervorbrachten obwohl diese beiden Vertreter der zwei anderen Unterfamilien keine Retinacula in ihren Fruchten besitzen. Im Weiteren zeigen die morphologischen Studien im Rahmen dieser Arbeit, dass andere Strukturen in den Kapseln bedeutend fur die tatsachliche explosive Offnung der Kapseln sind. Solche Strukturen wurden in allen drei Unterfamilien in Form von drei unterschiedlichen Gewebsschichten gefunden, jedoch sind diese an unterschiedlichen Positionen innerhalb der verschiedenen Kapseln unterschiedlich stark entwickelt. Diese Schichten, bestehend aus der ‚aktiven Schicht‘, einer ‚Zwischenschicht‘ und der ‚Resistenzschicht‘ (in den Kapseln von ausen nach innen aufzufinden), bewerkstelligen hochstwahrscheinlich die Fruchtexplosionen. In den Acanthoideae erkennt man die eindeutigste Darlegung dieser Schichten im Querschnitt des unteren Endes der Samenkammer an welchem die beiden untersten Retinacula zu sehen sind. Beim Nelsonioideae-Vertreter Elytraria carolinensis sind diese Zellschichten am apikalen Ende des Ovars am starksten ausgepragt. Bei Thunbergia alata (Thunbergioideae) schlieslich, sind die drei Schichten im Schnabel der Fruchte am klarsten zu erkennen. Weiters wurde versucht die Problematik der hygrochastischen, beziehungsweise der xerochastischen Dehiszenz aufzuklaren. So wurde innerhalb dieser Studie aufgedeckt, dass die untersuchten Spezies, trotz allen Widerspruchen in vorangegangenen Studien, zur xerochastischen Dehiszenz befahigt sind und somit nicht nur das Zufuhren von Wasser, wie in der hygrochastischen Dehiszenz erforderlich, zur Auslosung der Fruchtexplosion fuhrt. Schlussendlich hat diese Arbeit interessante Ergebnisse hervorgebracht, die einen wichtigen Beitrag zum derzeitigen Kenntnisstand der Acanthaceae und ihrer ausergewohnlichen explosiven Fruchte inklusive deren Morphologie liefern.