Auf Wanderungen in den Ostalpen begegnet man oberhalb der Waldgrenze nicht selten dem "Krainer Greiskraut" (Senecio carniolicus). Von Berg zu Berg kann die Pflanze aber ganz unterschiedlich aussehen. Ihre Größe und die Form ihrer Blätter variieren, nur das Gelb ihrer Blüten verleiht diesem Korbblütler seine Identität. Sogar die charakteristische graue Behaarung, die an einen Greis erinnert und der Pflanzengattung den Namen gegeben hat, ist sehr variabel und kann auch völlig fehlen. Solche Unterschiede können sowohl durch Anpassungen an Umweltbedingungen als auch durch genetische Veranlagung bedingt sein.
Mag. Dr. Peter Schönswetter vom Department für Biogeographie fand in einer Vorstudie zu seinem FWF-Projekt "Entstehung und Erhalt von Zytotypenvariation in Populationen" heraus, dass die verschiedenen Greiskraut-Typen innerhalb dieser Art und über das Verbreitungsgebiet unterschiedlich viele Chromosomensätze haben. Es gibt Individuen mit zweifachen, vierfachen und sechsfachen Chromosomensätzen. Das widerspricht bisherigen Annahmen, die von einem einheitlich sechsfachen Chromosomensatz ausgingen.
Nun untersuchen Schönswetter und sein Forschungsteam die räumliche Verteilung dieser Zytotypen (Arten einer Sitte), ihre unterschiedlichen Formen, ihre bevorzugten Umweltbedingungen und ihr ökologisches Verhalten. Dafür verbrachte die vierköpfige Gruppe den Sommer 2008 in den Alpen, bestieg mehr als hundert Gipfel und sammelte rund 5.000 Pflanzenproben.
Viele offene Fragen zur Evolution
"Wir glauben, dass sich diese einzelnen Ploidie-Niveaus in ihren Standortansprüchen unterscheiden und verschiedene Lebensräume bewohnen. Das wollen wir überprüfen", sagt Peter Schönswetter. Eine weitere Forschungsfrage ist, ob die polyploiden Zytotypen nur einmal oder mehrfach entstanden sind. Am häufigsten fanden die ForscherInnen zum Beispiel Populationen mit sechsfachen Chromosomensätzen. Noch ist es unerforscht, ob dieser Zytotyp mehrmals unabhängig voneinander entstanden ist oder nur einmal und sich dann über die Alpen ausbreitete.
Polyploidie als Entwicklungspotential
Polyploide Pflanzen haben mehrere Wettbewerbsvorteile. Dadurch, dass die Pflanzen eine größere Menge an genetischem Material besitzen, ist bereits jede einzelne Zelle voluminöser und in Folge sind auch die gesamten Pflanzen größer und produktiver. Zusätzlich spielt Polyploidie eine Rolle in der Weiterentwicklung der Arten. "Wenn die Polyploidisierung durch Hybridisierung - also durch die Kreuzung zweier verschiedener Arten - entstand, kann es zu einer Kombination von Genen kommen, die zu einer viel höheren Anpassungsfähigkeit in Bezug auf Umweltänderungen führt", erklärt Peter Schönswetter. Weil polyploide Pflanzen Gene in mehrfacher Ausführung haben, können neue Entwicklungsprozesse starten, ohne dass die Pflanze alte Funktionen aufgeben muss.
Weiters entsteht durch Polyploidisierung eine unmittelbare Isolation, denn polyploide Pflanzen können sich nicht ohne weiteres mit Pflanzen mit "normalem", diploidem Chromosomensatz kreuzen. Die Anzahl der Chromosomen würde nicht mehr zusammenpassen.
Interdisziplinäre Herangehensweise
Um herauszufinden sich wie die verschiedenen Zytotypen des Krainer Greiskrautes bildeten und verbreiteten, verfolgt die Arbeitsgruppe von Peter Schönswetter einen vielfältigen methodischen Ansatz. Nur moderne genetische Methoden ermöglichen es zu entscheiden, ob die Pflanzen eines bestimmten Ploidie-Niveaus einen gemeinsamen Ursprung haben oder unabhängig voneinander entstanden sind.
Gleichzeitig sind Freilandbeobachtungen für eine umfassende Untersuchung nötig. An den natürlichen Standorten erfasst das Team eine Reihe von Umweltparametern, wie etwa die Hangneigung und Exposition, sowie die Begleitvegetation in einem Radius von 20 Zentimetern rund um jene Stellen, wo Pflanzenproben genommen wurden, um Aufschlüsse über die Habitatsansprüche zu erhalten. Ein weiterer Teil des Projekts ist die Morphometrie, also die Pflanzen detailliert zu vermessen.
Botanischer Garten: Alpiner Zuwachs
Schließlich hat die Studie noch einen experimentellen Teil. "Wir haben Individuen mitgenommen, sie im Botanischen Garten weiterkultiviert und werden im Frühjahr Bestäubungsversuche durchführen, um herauszufinden, ob die Pflanzen selbst- oder fremdbestäubt sind. Weiters wollen wir wissen, wie stark die Kreuzungsbarrieren zwischen den verschiedenen Zytotypen sind", sagt Diplomandin Ruth Flatscher. Doktorandin Michaela Sonnleitner untersucht in der Natur, wie sich die Pflanzen unterschiedlicher Zytotypen verhalten, wenn man sie gleichen Standortsbedingungen ausgesetzt sind und hat dafür eine Reihe von Verpflanzungsexperimenten durchgeführt.
Die Forschungsgruppe ist sich einig, dass in diesem breit gefächerten methodischen Zugang die Faszination des Projektes liegt. Begeistert geben sie den neuesten Stand der Forschung auch in der Lehre weiter. (hh)
Das FWF-Projekt "Entstehung und Erhalt von Zytotypenvaration in Populationen" startete am 1.6.2008 und läuft für 3 Jahre. Projektleiter ist Mag. Dr. Peter Schönswetter vom Department für Biogeographie.
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