{"id":6777,"date":"2011-04-19T13:26:15","date_gmt":"2011-04-19T11:26:15","guid":{"rendered":"http:\/\/www.h-its.org\/?p=6777"},"modified":"2019-01-17T15:53:07","modified_gmt":"2019-01-17T14:53:07","slug":"der-stammbaum-des-lebens-wann-entwickeln-pflanzen-neue-arten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/2011\/04\/19\/der-stammbaum-des-lebens-wann-entwickeln-pflanzen-neue-arten\/","title":{"rendered":"Der Stammbaum des Lebens \u2013 wann entwickeln Pflanzen neue Arten?"},"content":{"rendered":"

Wissenschaftler aus den USA und Deutschland haben den weltweit gr\u00f6\u00dften Stammbaum (Phylogenie) f\u00fcr Pflanzen rekonstruiert. Anhand dieser Rekonstruktion zeigen die Wissenschaftler von der Brown University, dem Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS) und der Yale University, dass die Vorfahren wichtiger Pflanzenfamilien erst mit ihrem Aufbau und ihrer Leistungsf\u00e4higkeit experimentiert haben, um daraufhin schnell viele neue Arten hervorzubringen. Diese Erkenntnis widerlegt die etablierte Meinung, dass verst\u00e4rkte Artbildung in unmittelbarem Zusammenhang mit der Ausbildung neuer physikalischer Eigenschaften oder Mechanismen ausgel\u00f6st wird. Die Forschungsergebnisse wurden im \u201eAmerican Journal of Botany\u201d ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n

Heidelberg\/Providence\/New Haven. Die Evolution birgt noch immer viele Geheimnisse. Ein internationales Forscherteam hat jetzt neue Erkenntnisse \u00fcber die Artbildung (Diversifikation) bei Pflanzen gewonnen. Es geht dabei um die Frage, welche Mechanismen innerhalb wichtiger, gro\u00dfer Pflanzenfamilien neue Arten hervorbringen. Bisher gingen Biologen davon aus, dass verst\u00e4rkte Artbildung erst dann eintritt, wenn ein Ast im Stammbaum des Lebens neue, \u00fcberlegene physikalische Eigenschaften oder Verbreitungsmechanismen hervorbringt. In der unmittelbaren Folge k\u00f6nnen schnell neue Lebensr\u00e4ume erschlossen und Konkurrenten verdr\u00e4ngt werden, wodurch im weiteren Verlauf der Evolution die Entstehung einer neuen, artenreichen Pflanzenfamilie angesto\u00dfen wird. Das Forscherteam um Stephen A. Smith hat jedoch entdeckt, dass gro\u00dfe Familien der Bl\u00fctenpflanzen erst dann erfolgreich neue Arten erzeugen, wenn sie bereits einen Entwicklungsstand erreicht haben, der die Erfolgsaussichten einer schnellen und erfolgreichen Artbildung steigert. Die Forschungsergebnisse wurden im \u201eAmerican Journal of Botany\u201d ver\u00f6ffentlicht. Die Autoren des Artikels sind Stephen A. Smith (Brown University\/Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien), Jeremy M. Beaulieu (Yale University), Michael J. Donoghue (Yale University) und Alexandros Stamatakis (Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien).<\/p>\n

\u201eEvolution funktioniert anders, als wir bisher angenommen haben\u201c, sagt Erstautor Stephen Smith, der beim Biologen Casey Dunn (Brown University) und beim Informatiker Alexandros Stamatakis (HITS) arbeitet. \u201eEs ist nicht so, dass bei einer Blume urpl\u00f6tzlich der Prozess der Artbildung eintritt. Es gibt eine gewisse Verz\u00f6gerung, weil noch etwas anderes passiert. Einer erfolgreichen Artbildung geht eine Phase des Experimentierens voraus.\u201c<\/p>\n

Ohne die Berechnung und anschlie\u00dfende Analyse enorm gro\u00dfer Stammb\u00e4ume w\u00e4ren derartige Untersuchungen undenkbar. \u201eDieses Projekt ist ein gutes Beispiel daf\u00fcr, wie wichtig die Informatik und entsprechende Initiativen zur elektronischen Vernetzung und Bereitstellung molekularer Daten \u00fcber das World Wide Web inzwischen f\u00fcr die Biologie sind\u201c, sagt Alexandros Stamatakis, Leiter der Forschungsgruppe f\u00fcr wissenschaftliches Rechnen am HITS.<\/p>\n

Um dem Prozess der verz\u00f6gerten Artbildung auf die Spur zu kommen, haben die Wissenschaftler mit Hochleistungsrechnern den bisher gr\u00f6\u00dften Stammbaum der Pflanzen berechnet: Er umfasst 55,473 Arten der Angiospermen (Bl\u00fctenpflanzen) \u2013 eine Gruppe, die etwa 90 Prozent aller Pflanzenarten der Welt stellt. Die Berechnung eines Stammbaums dieser Gr\u00f6\u00dfe stellt auch aus technischer Sicht einen Meilenstein in der Evolutionsbiologie beziehungsweise evolution\u00e4ren Bioinformatik dar und er\u00f6ffnet der Forschung bisher unerreichte Einsichten in den Stammbaum des Lebens. Das Forscherteam hat die molekularen Daten von sechs gro\u00dfen Gruppen der Angiospermen analysiert, darunter die artreichsten Familien der S\u00fc\u00dfgr\u00e4ser (Poaceae), Orchideengew\u00e4chse (Orchidaceae), Korbbl\u00fctler (Asteraceae) und H\u00fclsenfr\u00fcchtler (Fabacae). Komplementiert wurde die Analyse durch Stammbaumberechnungen f\u00fcr die Gro\u00dfgruppen der Eudikotyledonen (\u201eEchte Zweikeimbl\u00e4ttrige\u201c) und Monokotyledonen (\u201eEinkeimbl\u00e4ttrige\u201c). Auf diese Weise konnten 99 Prozent aller Bl\u00fctenpflanzen abgedeckt werden.<\/p>\n

\"Extending<\/a>
So sieht die Analyse gro\u00dfer Stammb\u00e4ume aus: Ausschnitt des „BigPlantTree“ (NSF iPlant Collaborative)<\/figcaption><\/figure>\n

Der gemeinsame Vorfahre dieser Familien sind die Mesangiospermae, ein Stamm, der vor \u00fcber 125 Millionen Jahren entstanden ist. Die Forscher waren \u00fcberrascht, dass bei den Mesangiospermae und den Pflanzen, die sich aus ihnen entwickelt haben, die Explosion\u00a0 in der Artentwicklung nicht direkt an der Abstammungswurzel zu finden ist. Die intensive Diversifizierung trat erst einige Zeit sp\u00e4ter auf. Eine exakte Zeitangabe ist allerdings nur schwer m\u00f6glich.<\/p>\n

\u201eW\u00e4hrend der fr\u00fchen Evolution dieser Familien\u201c sagt Stephen Smith, \u201eentwickeln sich bereits ansatzweise Merkmale, die eine optische Zuordnung zu den jeweiligen Familien erm\u00f6glichen. Sie beginnen aber erst dann sich sehr schnell zu diversifizieren, wenn sich diese Merkmale st\u00e4rker ausgebildet und stabilisiert haben.\u201c<\/p>\n

Die Autoren schreiben: \u201eDiese Befunde befinden sich in Einklang mit der Ansicht, dass die schnelle Artenbildung von einer relativ langen \u201eZ\u00fcndschnur\u201c entfacht wird und dass anf\u00e4ngliche Innovationen ein Experimentieren erm\u00f6glichen. Letztendlich kann die Evolution einer Kombination dieser Merkmale zu einer ausgepr\u00e4gten Artbildung f\u00fchren\u201c.<\/p>\n

Ver\u00e4nderungen der Diversifizierungsrate liegen daher in vielen F\u00e4llen nicht direkt am Ursprung (dem gemeinsamen Vorfahren) einer Pflanzenfamilie (Orchideengew\u00e4chse, Korbbl\u00fctler etc.). Die Diversifizierungsrate, die Rate der Artbildung im Verlauf der Zeit, \u00e4ndert sich zun\u00e4chst st\u00e4rker als allgemein vermutet. Die Vielfalt der Arten, zum Beispiel in Zusammenhang mit der Entstehung der gro\u00dfen Familien etwa der Bl\u00fctenpflanzen, kann man jedoch nicht ausschlie\u00dflich durch einige grundlegende Ver\u00e4nderungen der Diversifizierungsraten erkl\u00e4ren: Die Vielfalt dieser Familien entsteht wahrscheinlich durch das Zusammenspiel vieler kleinerer evolution\u00e4rer \u201eAusbr\u00fcche\u201c innerhalb der jeweiligen Familie. Deren Entdeckung w\u00e4re anhand eines kleineren, weniger repr\u00e4sentativen Stammbaumes nicht m\u00f6glich gewesen.<\/p>\n

Smith ist der Ansicht, dass die explosionsartige Artbildung durch interne Faktoren ausgel\u00f6st werden kann, zum Beispiel wenn eine Pflanze \u201elernt\u201c, schneller zu wachsen, und dadurch Vorteile gegen\u00fcber anderen Pflanzen hat. Konkurrenzvorteile k\u00f6nnen auch durch die Ankunft best\u00e4ubender Insekten oder\u00a0 durch klimatische Ver\u00e4nderungen entstehen. Das Team m\u00f6chte diese offenen Fragen weiterverfolgen.<\/p>\n

\u201eAngenommen unsere Analysen sind richtig, dann deuten sie darauf hin, dass viele lokale \u201aAusbr\u00fcche\u2018 in der Artbildung relativ gleichm\u00e4\u00dfig \u00fcber den Stammbaum verteilt sind. Dieses Ph\u00e4nomen k\u00f6nnte zum augenscheinlichen Erfolg der Bl\u00fctenpflanzen beigetragen haben\u201c, erkl\u00e4rt Jeremy Beaulieu (Yale University).<\/p>\n

Es gibt noch viel zu tun: \u201eDie M\u00f6glichkeit, allumfassende Stammb\u00e4ume dieser Gr\u00f6\u00dfenordnung zu berechnen und zu analysieren, erm\u00f6glicht die Beantwortung neuer Fragestellungen. Unsere Analysen zeigen aber auch, dass neue statistische und computerbasierte Methoden dringend ben\u00f6tigt werden. Die Forschung steckt in diesem Bereich noch in den Kinderschuhen\u201c, res\u00fcmiert Michael Donoghue, Professor an der Yale University.<\/p>\n

Finanziert wurde die Forschung von der U.S. National Science Foundation (NSF iPlant Collaborative) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Die Berechnungen des Pflanzenstammbaums wurden am High Performance Computing Center der Yale University und am Texas Advanced Computing Center durchgef\u00fchrt.<\/p>\n

Der berechnete Stammbaum ist \u00f6ffentlich zug\u00e4nglich und kann unter http:\/\/portnoy.iplantcollaborative.org\/ online betrachtet werden (\u201eBigPlantTree\u201c im Men\u00fc ausw\u00e4hlen). Besonderer Dank f\u00fcr die Bereitstellung des Visualisierungstools gilt der NSF iPlant Collaborative und Karen Cranston am National Evolutionary Synthesis Center.<\/p>\n

Der wissenschaftliche Artikel im Original:<\/strong>
\nS. A. Smith, J. M. Beaulieu, A. Stamatakis, M. J. Donoghue. Understanding angiosperm diversification using small and large phylogenetic trees. American Journal of Botany, 2011; 98 (3): 404 DOI: 10.3732\/ajb.1000481<\/a><\/p>\n

Pressekontakt:<\/strong><\/p>\n

Dr. Peter Saueressig
\nPresse- und \u00d6ffentlichkeitsarbeit
\nHITS Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien
\nTel: +49-6221-533-245
\nFax: +49-6221-533-198
\npeter.saueressig@h-its.org
\nwww.h-its.org<\/p>\n

Charles \u201cRobin\u201d Hogen
\nDirector of Strategic Communications
\nYale University
\nO:203-432-5423
\nC:203-856-8115
\nrobin.hogen@yale.edu<\/p>\n

Richard Lewis
\nPhysical Sciences Writer
\nBrown University
\n401-863-3766 (w); 401-527-2889 (m)
\nrichard_lewis@brown.edu
\nwww.brown.edu<\/p>\n

Wissenschaftlicher Kontakt:<\/strong><\/p>\n

Dr. Stephen A. Smith
\nDepartment of Ecology and Evolutionary Biology
\nBrown University
\nstephen_a_smith@brown.edu<\/p>\n

Dr. Alexandros Stamatakis
\nScientific Computing group
\nHITS Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien
\nTel: +49-6221-533-240
\nalexandros.stamatakis@h-its.org<\/p>\n

Prof. Michael J. Donoghue
\nSterling Professor of Ecology and Evolutionary Biology
\nYale University
\nOffice phone: 203-432-2074
\nFax: 203- 432-5176
\nmichael.donoghue@yale.edu<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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