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Biodiversität hat in der Regel einen positiven Effekt auf Ökosysteme, zum Beispiel auf die Biomasseproduktion von Pflanzengemeinschaften. In Experimenten konnte gezeigt werden, dass sich dieser Effekt über die Zeit verstärkt. Weshalb dies so ist, war bisher ein Rätsel. Diese wissenschaftliche Arbeit konnte zum ersten Mal nachweisen, dass die positiven Biodiversitätseffekte auf genetischen und/oder epigenetischen Unterschieden zwischen Pflanzen aus Mischkultur und Monokulturen basieren. Erste Untersuchungen hatten gezeigt, dass Pflanzen in Mischkulturen mit der Zeit besser miteinander «zusammenarbeiten» und Pflanzen in Monokulturen sich besser gegen spezialisierte Feinde verteidigen konnten. Diese neue Arbeit erforschte, ob diese Veränderungen, die auch unter konstanten Umweltbedingungen erhalten blieben, auf genetische oder epigenetische Anpassungserscheinungen von Pflanzen zurückzuführen waren.
Evolutive Anpassung nützt in einer Population oft bereits vorhandene genetische oder potentiell epigenetische Variation aus, wird aber auch durch sexuelle Rekombination und das Auftreten neuer Mutationen erleichtert. Bei fünf untersuchten Pflanzenarten konnte nun erstmals gezeigt werden, dass die beobachteten Anpassungen auf genetische Veränderungen in der Basensequenz der DNA-Moleküle zurückzuführen sein müssen. Im Gegensatz dazu folgten epigenetische Veränderungen, d.h. unterschiedliche Methylierung von DNA, den genetischen Veränderungen und lieferten nur einen geringen zusätzlichen Beitrag zur raschen evolutiven Anpassung der Pflanzen an ihre speziellen Umweltbedingungen im Biodiversitätsexperiment. Wir konnten damit zeigen, dass rasche evolutive Anpassungen bei mehrjährigen Pflanzen innerhalb von wenigen Jahren (in unserem Fall ca. 10 Jahre) möglich sind. Rasche evolutive Anpassungserscheinungen die auf genetischen Veränderungen beruhen wurden bisher für Mikroorganismen wie Bakterien beschrieben und traten nach hunderten bis tausenden von Generationen auf. Mit der neuen Arbeit müssen bisherige Konzepte der Entwicklung von Pflanzengemeinschaften grundsätzlich überdacht werden. Zugleich ergeben sich damit neue Möglichkeiten für angewandte Bereiche in Naturschutz und Renaturierung.
Literatur und Kontakt
van Moorsel, S. J., M. W. Schmid, C. A. M. Wagemaker, T. P. van Gurp, B. Schmid, and P. Vergeer. 2019. Evidence for rapid evolution in a grassland biodiversity experiment. Molecular Ecology in press. DOI 10.1111/mec.15191.
Link zum Artikel: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/mec.15191
Molecular Ecology 28:4097–4117 DOI 10.1111/mec.15191.
Twitter: @sofiavanmoorsel, @BWSchmid