Studie zeigt Kompromisse bei der Art und Weise, wie Pflanzen Ressourcen verteilen

Je mehr eine Pflanzenart in ihre Verteidigung investiert, desto geringer ist ihr Wachstumspotenzial, so eine neue Studie. Durch offene Wissenschaft ermöglichte Forschung liefert neue Erkenntnisse zur Pflanzenanpassung und interspezifischen Variation.

Krankheitserreger können die körperliche Verfassung ihrer Wirte erheblich schwächen und manchmal sogar zu deren Tod führen. Dennoch gibt es erhebliche Unterschiede zwischen den Arten hinsichtlich ihrer Investitionen in die Abwehr von Krankheiten. Die Evolutionstheorie sagt voraus, dass Allokationskosten diese Investition regulieren, aber die Überprüfung dieser Hypothese hat sich als schwierig erwiesen.

In einer Studie veröffentlicht in WissenschaftDer Postdoktorand Michael Giolai und die Professorin für Pflanzenbiodiversität Anna-Liisa Laine von der Universität Helsinki verwendeten offene Datenbanken, um pflanzliche Abwehrgene und Wachstumsmerkmale in 184 Pflanzenarten zu identifizieren.

Sie fanden eine auffällige Variation zwischen den Pflanzenarten in der Anzahl der Abwehrgene, die zwischen 44 und 2.256 lag. Beispiele hierfür sind Spargel, der nur 72 Resistenzgene aufweist, während eine Sorte von Chilischoten bis zu 1.095 aufweist.

Laine und Giolai fanden außerdem einen negativen Zusammenhang zwischen Verteidigungsinvestitionen und Wachstumsmerkmalen bei Wildpflanzen: Je größer der Anteil des Genoms einer Pflanze für Verteidigungsgene ist, desto geringer ist ihr Wachstumspotenzial.

„Unsere Studie zeigt die wichtige Rolle der Allokationskosten bei der Entstehung und Erhaltung der Biodiversität. Die Ergebnisse geben auch Aufschluss über die Mechanismen, die die Entwicklung der Abwehr begrenzen“, erklärt Giolai.

Unter Allokationskosten versteht man den Kompromiss bei der Verteilung von Ressourcen auf verschiedene Lebensfunktionen. Für Pflanzen bedeutet das: Wenn eine Pflanze viele Ressourcen (wie Energie und Nährstoffe) verbraucht, um ihre Abwehrkräfte aufrechtzuerhalten, kann dies andere Funktionen wie das Wachstum beeinträchtigen. Mit anderen Worten: Die Anlage muss ihre Ressourcennutzung ausgleichen, was zu einem Szenario führen kann, in dem eine starke Abwehr das Wachstumspotenzial verringert oder umgekehrt.

Die Studie untersuchte auch Nutzpflanzen, die auf bestimmte Eigenschaften hin gezüchtet wurden. Bei diesen Pflanzen wurde aufgrund der Selektion, die die natürliche Variation im Genom der Kulturpflanzen verringerte, kein negativer Zusammenhang zwischen Wachstum und Abwehr beobachtet.

Die Forschung von Giolai und Laine ist ein hervorragendes Beispiel für das Potenzial der offenen Wissenschaft. Für ein einzelnes Forschungsteam wäre es unmöglich, die Genome Hunderter Pflanzenarten zu sequenzieren und Daten zu Wachstumsmerkmalen zu sammeln. Die zunehmende Offenheit von Daten ermöglicht neue Arten der Forschung, die uns helfen, interspezifische Variationen verschiedener Merkmale zu verstehen.

„Wenn wir die Mechanismen verstehen wollen, die die interspezifische Merkmalsvariation aufrechterhalten, ist ein artenübergreifender Ansatz wie dieser unerlässlich. Die zunehmende Verfügbarkeit offener Daten ermöglicht völlig neue Untersuchungsebenen für diese Fragen“, sagt Anna-Liisa Wool.