Langfristige Änderungen von Phänologie und genetischer Diversität in den Biodiversitäts-Exploratorien: ein Vergleich heutiger Pflanzen mit historischer Belegen

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Oliver Bossdorf

Franziska Merle Willems

Dr. Hernán A. Burbano

Dr. Mustafa Işiloğlu

Dr. Patricia Lang

(MPI für Entwicklungsbiologie, Tübingen)

Hintergrund

Anthropogene Umweltveränderungen wie Klima- und Landnutzungswandel beeinflussen Arten und Ökosysteme. Einer der überzeugendsten Belege hierfür sind Verschiebungen im zeitlichen Ablauf phänologischer Ereignisse. Pflanzen beispielsweise können den Beginn, Höhepunkt und die Dauer ihres Blühzeitraumes ändern. Solche Verschiebungen des Blühzeitraumes können sich auf Bestäuber und andere interagierende Organismen auswirken. Umweltveränderungen beeinflussen außerdem die genetische Diversität von Pflanzen und können daher weitreichende Konsequenzen für deren Evolution haben.

Ziele

Ziel unseres Projekts ist es, die Blühphänologie und genetische Diversität heutiger Pflanzen in den Exploratorien mit historischen Herbarbelegen der gleichen Arten aus den gleichen Regionen zu vergleichen um zu verstehen, wie Klima- und Landnutzungswandel die Phänologie und genetische Diversität von Pflanzen beeinflussen.

Wir werden uns auf frühblühende Pflanzen im Waldunterwuchs konzentrieren, da diese Arten eine deutliche, zeitlich begrenzte Blühperiode haben, und deswegen besonders geeignet sind um langfristige phänologische Veränderungen, sowie den Einfluss der Waldnutzung auf die Phänologie, zu untersuchen.

 

Phenologie I – Feldbeobachtungen: Einfluss von Waldmanagement  

Während die Auswirkungen des Klimawandels auf die Blütenphänologie gut dokumentiert sind, ist das Wissen über die Auswirkungen anderer globaler Veränderungsfaktoren wie Landnutzung immer noch rar. In Laubwäldern verändern forstwirtschaftliche Maßnahmen die Zusammensetzung und Struktur der Baumarten, und damit das Mikroklima und die Lichtverhältnisse, sowie deren jahreszeitlichen Muster. Daher vermuten wir, dass die Waldbewirtschaftung die Phänologie von Waldunterholzkräutern beeinflusst. Um dies zu testen, erfassen wir die Phänologie von 20 typischen früh-blühenden Waldpflanzen (siehe Abb. 1) auf den 100 Waldflächen (EPs) der Biodiversitäts-Exploratorien Hainich-Dün und Schwäbische Alb.

Phenologie II – Herbarien: Einfluss des Klimawandels  

Um mögliche langfristige phänologische Veränderungen festzustellen, werden wir die Felddaten aus den Biodiversitäts-Exploratorien mit Daten von Herbarbelegen der gleichen Regionen und Arten vergleichen. Anhand solcher historischer Langzeitdaten aus Herbarien lässt sich feststellen, ob langfristige (klimabedingte) Verschiebungen des Blühzeitpunktes vorliegen.

Genomics I – Methodenentwicklung

DNA aus historischen Proben (ancient DNA, aDNA) ist oft stark degradiert und weist chemische Modifikationen auf, die sich von frischer DNA unterscheiden. Aufgrund dieser Veränderungen ist RAD (Restriction site Associated DNA)-Sequenzierung, die auf der Fragmentierung von DNA durch Enzymrestriktion basiert, ungeeignet für aDNA. Um DNA aus frischen und historischen Pflanzenproben vergleichen zu können, benutzen wir RAD-Fragmente als Fänger-Oligonukleotide zur Hybridisierung mit der aDNA (hyRAD-hybridization capture). Die genetischen Analysen werden für ein Subset von fünf Arten durchgeführt.

Genomics II – Genetische Diversität

Diese Methode werden wir dann dazu verwenden, die genetische Diversität der heutigen Pflanzen im Waldunterwuchs mit der ihrer Vorfahren aus den gleichen Regionen zu vergleichen, um festzustellen ob es langfristige Trends einer Abnahme der genetischen Diversität gibt, und die Intensivierung der forstlichen Nutzung zu einem Rückgang der genetischen Diversität geführt hat.

 

Im Rahmen unseres Projektes wollen wir weitere Einblicke in ökologische und evolutionäre Reaktionen von Pflanzen auf anthropogene Umweltveränderungen gewinnen, die weitreichende Konsequenzen für Ökosysteme und Evolution haben.

 

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Oliver Bossdorf: QuantGen,Synthesis,EpiDiv

Nach oben