EvoPlast – Evolution von phänotypischer Plastizität durch Landnutzung im Grünland

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Dr. Johannes Fredericus (Niek) Scheepens

Anna Kirschbaum

(Uni Tübingen)

Hintergrund

Phänotypische Plastizität (PP) ist einer der wichtigsten Mechanismen, mit denen Pflanzen auf Umweltänderungen reagieren. Da die meisten Pflanzenarten erbliche Variation in PP aufweisen, kann PP evolvieren, wenn sie adaptiv ist. Dies könnte in intensiv genutzten Grünländern der Fall sein. Sowohl Mähen, als auch Beweidung und Düngung erzeugen zeitlich variable Umweltbedingungen, die für erhöhte PP selektieren sollten, v.a. die Fähigkeit von Pflanzen, kurzfristige Nährstoffanstiege schnell zu nutzen, und die Fähigkeit, nach Beschädigungen schnell wieder nachzuwachsen. Obwohl es generell bekannt ist, dass Pflanzen sich rasch evolutiv an Landnutzung anpassen können, ist aber die Evolution von PP durch Landnutzung bisher kaum untersucht worden. Dieses Forschungsprojekt soll die Untersuchungsflächen, Landnutzungsinformationen und andere Umweltvariablen nutzen um verschiedene Hypothesen über PP zu testen.

 

Hypothesen

(1) Stärkere Düngung selektierte für größere PP in der Fähigkeit der Pflanzen, rasch auf einen Nährstoffanstieg zu reagieren

(2) Pflanzen von intensiver beweideten und gemähten Flächen können nach Beschädigung besser wieder nachwachsen

(3) Räumliche Heterogenität in der Vegetationsstruktur und zeitliche Variation in Landnutzung korreliert im Allgemeinen mit größerer PP

(4) Die genetische Diversität von Populationen ist positiv mit deren PP korreliert

 

Methoden

Wir werden diese Hypothesen für drei Grünlandarten testen, die in den Biodiversitätsexploratorien häufig sind: Bromus hordeaceus, Plantago lanceolata und Veronica chamaedrys, wobei von jeder Art insgesamt 60 Grünland-EPs beprobt werden. Um unsere Hypothesen zu testen, werden wir kontrollierte Common Garden Experimente durchführen, in denen wir untersuchen werden, wie die Pflanzen in ihren funktionellen Merkmalen (Biomasse, SLA, Blatt C:N:P Verhältnis und Phänologie) auf Düngung und mechanischen Beschädigung reagieren. Wir werden auch Fitnessmerkmale messen und untersuchen ob die Plastizität adaptiv ist, und ob sie Fitness-Kosten hat. Um die Hypothese (3) zu testen, werden wir PP mit Luftbild- oder Satellitendaten, sowie Feldbeobachtungen der räumlichen Heterogenität korrelieren. Außerdem werden wir die PP mit einem Index der zeitlichen Landnutzungsvariabilität korrelieren, der die Variation innerhalb und zwischen verschiedenen Landnutzungsfaktoren berücksichtigt. Zum Schluss werden wir vorhandene Daten vergangener molekularer Analysen nutzen, um den Zusammenhang zwischen PP und neutraler genetischer Diversität zu testen.

Dieses Projekt wird sich mit einem Aspekt der genetischen Diversität beschäftigen, der in den Biodiversitäts-Exploratorien bisher unerforscht ist. Es wird insbesondere unser Verständnis der evolutionären Auswirkungen von Landnutzung auf Pflanzen vergrößern.