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Aus eins mach vier – radikale Neuordnung des Pflanzenreichs

Durch Kombination molekulargenetischer, biochemischer und morphologischer Daten ermittelte ein internationales Team aus 200 Wissenschaftlern einen neuen Stammbaum für die Pflanzen. Deren traditionelle Zuordnung zu einem einheitlichen Reich ist demnach nicht mehr haltbar; statt dessen gibt es nun vier unabhängige Abstammungslinien.


Manche nannten es das "Human Genome Project" der Botaniker, doch eigentlich war es mehr als das. Denn anders als bei der noch andauernden Entzifferung des kompletten menschlichen Genoms wurden außer molekulargenetischen Daten auch morphologische und biochemische Befunde berücksichtigt. Ziel war, die Evolution der Pflanzen und ihre Verwandtschaftsbeziehungen im Lichte der neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse aufzuklären.

Mark A. Buchheim, Brent D. Mishler und Russell L. Chapman riefen das ehrgeizige Vorhaben 1992 ins Leben, um die Kluft zwischen klassischen Taxonomen, die vorwiegend mit morphologischen und anatomischen Merkmalen arbeiten, und den Anwendern molekularbiologischer Methoden zu überbrücken. 200 Wissenschaftler aus zwölf Ländern trugen so in den letzten fünf Jahren ihre Forschungsergebnisse zur Systematik verschiedener Pflanzengruppen zusammen. Auf dem diesjährigen Internationalen Botanikerkongreß in St. Louis präsentierten sie nun das Resultat der gemeinsamen Arbeit: nicht mehr und nicht weniger als einen neuen Stammbaum des Pflanzenreichs.

Danach gibt es die klassische Aufspaltung der kernhaltigen Organismen (Eukaryoten) in Tiere und Pflanzen nicht mehr. Diese Zweiteilung führte schon bei manchen Einzellern zu Schwierigkeiten – und zum Beispiel bei den Pilzen, denen eine entscheidende Komponente der Pflanzen fehlt: die zur Photosynthese dienenden Chloroplasten. Manche Wissenschaftler gestanden den Pilzen daher schon seit einiger Zeit ein eigenes Reich zu.

Die nun verkündete Neuklassifizierung der Pflanzen geht aber noch viel weiter. Ihr zufolge soll sich das ehemalige Pflanzenreich in vier Abstammungslinien aufspalten, die sich alle aus verschiedenen einzelligen Organismen entwickelt haben und daher nicht näher miteinander verwandt sind: die Pilze, die Stramenopilen, und die Roten sowie die Grünen Pflanzen. Die Pilze stehen den neuen Erkenntnissen zufolge sogar den Tieren näher als den Pflanzen.

Im Reich der Stramenopilen überwiegen die Meeresbewohner. Zu ihnen zählen die Gelbbraunen Algen (Chrysophyta), die auch die Braunalgen (Phaeophyceae) und die Kieselalgen (Bacillariaphyceae) umfassen. Neu hinzu kamen die Algenpilze (Oomyceten), die bisher den Pilzen zugerechnet wurden. Alle Stramenopilen tragen zur Fortbewegung Flimmergeißeln, die mit seitlich abstehenden Fortsätzen, den sogenannten Mastigonemen, besetzt sind. In manchen Gruppen wie den Kieselalgen sind diese Strukturen jedoch wieder reduziert worden.

Die Roten Pflanzen bestehen allein aus den Rotalgen (Rhodophyta), die das Meer nie verlassen haben – abgesehen von einigen Arten, die zum Beispiel in sehr sauberen Quellbächen vorkommen.

Die Grünen Pflanzen stellen mit geschätzten 500000 Arten das größte Reich dar. Sie umfassen einige wasserbewohnende Lebewesen wie die Grünalgen und sämtliche Landpflanzen – von den Moosen über die Farne bis hin zu den Blütenpflanzen. Nach der vorgeschlagenen neuen Ordnung besteht dieses Reich aus zwei großen Ästen. Zum ersten gehören nahezu sämtliche Grünalgen – darunter auch mehrzellige –, während einige Grünalgen und alle Landpflanzen in den zweiten Ast eingeordnet werden. Der gemeinsame Vorfahre der beiden Abstammungslinien müßte nach Ansicht der Neuerer ein Einzeller gewesen sein, so daß vielzellige pflanzliche Organismen mindestens zweimal unabhängig voneinander entstanden sind, da sie in beiden Abstammungslinien auftreten. Einmal führte die Evolution zu den Landpflanzen, zum anderen zu den mehrzelligen marinen Grünalgen mit blatt- oder schlauchartigen Strukturen, zu denen etwa der Meersalat (Ulva) zählt.

Den Sprung an Land versuchten wahrscheinlich mehrere Abstammungslinien, geschafft hat ihn letztlich aber nur eine. Nach den neuesten Erkenntnissen haben sich die ersten Landpflanzen vor mindestens 450 Millionen Jahren aus einzelligen Süßwasseralgen entwickelt, die entlang von Bächen und Flüssen sowie in feuchten Felsspalten und Erde lebten. In ihrem Bau erinnerten sie wahrscheinlich an Armleuchteralgen oder andere fädige verzweigte Algen, wie sie auch heute noch in Seen oder an luftfeuchten Standorten vorkommen. Alle Moose, Farne und höheren Landpflanzen leiten sich von diesen Algen ab. Die Vorfahren der ersten Landpflanzen stammten demnach also wohl nicht aus dem Meer, wie bisher vermutet, sondern aus dem Süßwasser.

Im Rahmen des Projekts beschäftigten sich die Forscher aber nicht nur mit der Neugliederung der Verwandtschaftsbeziehungen der Pflanzen, sondern auch mit der Suche nach der ersten Blütenpflanze und der systematischen Stellung einiger umstrittener Gruppen. So ermittelten mehrere Forschergruppen einen seltenen Busch, der nur auf Neu-Kaledonien vorkommt, als nächsten Verwandten der ersten Blütenpflanze (Science, Bd. 285, S. 990). Amborella trichopoda genannt, ist er der einzi-ge überlebende Vertreter einer ursprünglichen Familie aus dem Verwandtschaftskreis der magnolienartigen Gewächse (Bild links oben). Hatte sich die Vermutung, daß Amborella an der Wurzel des Stammbaums der Blütenpflanzen steht, zunächst nur auf morphologische Befunde gestützt, wurde sie inzwischen durch molekulargenetische Analysen bestätigt.

Auch die taxonomische Einordnung der exotischen Gnetopsida war ein Thema auf dem Botanikerkongreß in St. Louis. In diese ursprüngliche Gruppe gehört unter anderem die Welwitschia mirabilis, eine bizarre Pflanze, die nur in der Namibwüste in Südwest-Afrika vorkommt und ihren Wasserbedarf allein aus Tautropfen deckt (Bild links unten). Einige Botaniker betrachteten die Gnetopsida als Schwestergruppe der Blütenpflanzen, da sie wie diese von Insekten bestäubt werden; dies gilt als evolutionärer Fortschritt gegenüber der Windverbreitung bei den Nacktsamern, zu denen unter anderem die Nadelbäume gehören. An fossilen Abdrücken von Fortpflanzungsorganen mancher Nacktsamer läßt sich jedoch auch eine Bestäubung durch Insekten nachweisen. Das unterstützt die Annahme, daß die Gnetopsida eine Schwestergruppe der Nacktsamer sind und mit ihnen gemeinsam den Blütenpflanzen gegenüberstehen. Dies konnten unter anderem Forscher des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung kürzlich mit molekulargenetischen Daten bestätigen.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 1999, Seite 21
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
10 / 1999

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 10 / 1999

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