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News: Pflanzliche Emporkömmlinge

Wer hoch hinaus will, braucht gute Ideen. Daran mangelte es den Bromelien offensichtlich nicht, sonst hätten sie kaum vom Boden bis ins Kronendach jedes Stockwerk der Wälder, aber auch zugigste Strandecken oder karge Hochgebirgsregionen Lateinamerikas erobert.
Tillandsie
Sie sind ein Paradebeispiel dafür, auf welch vielfältige Weise sich nahe verwandte Pflanzen die unterschiedlichsten Lebensräume erschließen können: die Bromelien. Die über 2000 Arten kommen bis auf eine Ausnahme ausschließlich in Mittel- und Südamerika vor und tauchen in so ziemlich jedem Habitat auf, von immerfeuchten Regenwäldern bis hin zu extrem trockenen Sandstränden, von Meeresniveau bis in über 4000 Meter Höhe, von Standorten in praller Sonne bis hin zum versteckten Schatten im Unterholz. Dabei begnügen sie sich nicht nur mit dem Boden, sondern finden auch in luftiger Höhe auf den Ästen von Bäumen bis ins oberste Kronendach ihr Zuhause.

Dieser letzte Schritt – das Erschließen aller Stockwerke eines Waldes – beschäftigt Botaniker schon lange. Begann ein Urahn mit dem Treppensteigen und vererbte es allen seinen Nachkommen? Oder entwickelten mehrere Angehörige denselben Gedanken, sodass diese Lebensweise unabhängig voneinander mehrmals entstand? Darren Crayn vom Smithsonian Research Institute in Panama und seine Kollegen gingen dieser Frage mit der üblichen Methode nach: Sie erstellten einen Stammbaum für die Familie, der auf bestimmten genetischen Markern beruht, und überprüften so, an welcher Stelle in den Entwicklungslinien sich der Drang nach oben offenbarte.

Dabei interessierte sie jedoch noch eine weitere Innovation, die den Bromelien so manch neues Zuhause erschloss: Die Pflanzen verwenden eine Sonderform der Photosynthese, den so genannten Crassulaceen-Säurestoffwechsel oder abgekürzt CAM. Der Hintergedanke dabei ist Wassersparen: Die CO2-Aufnahme erfolgt nur nachts, und der Kohlenstoff wird vorübergehend gespeichert, bis er tagsüber weiter verarbeitet wird. Dafür kann die Pflanze im prallen Sonnenlicht, wenn sie besonders viel Wasser verlieren würde, ihre Spaltöffnungen schließen – eine besonders nützliche Einrichtung für Bewohner sehr trockener Gebiete.

Sehr trocken ist es auch im Regenwald, so seltsam das im ersten Moment klingen mag – doch oben im Kronendach, direkt der Sonne ausgesetzt, kann die Wasserversorgung schon zum Problem werden. Was also kam zuerst bei den Bromelien: der Sprung ins Dachgeschoss und dann der Wassersparschalter oder umgekehrt?

Laut der Stammbäume, die Crayn und Co erstellt haben, lautet die richtige Antwort: beides. Denn eine Entwicklungsreihe, die zur Unterfamilie der heute nahezu allesamt epiphytisch lebenden Tillandsioideae führt, schnupperte zuerst Höhenluft und stieg dann auf die CAM-Photosynthese um. Umgekehrt machte es hingegen die Abstammungslinie der Unterfamilie Bromelioideae, in der sich die Pflanzen zuerst auf den neuen Stoffwechselweg einließen und dann ungewohnte Höhen erklommen, in der heute etwa die Hälfte der Angehörigen residiert.

Eines ist aber auf jeden Fall klar: Der Wechsel im Metabolismus wie die neue Stockwerksnutzung entstanden jeweils mindestens dreimal unabhängig voneinander. Auslöser für die Innovationsschübe, so vermuten die Forscher, waren Klimaschwankungen zu Zeiten des Tertiärs, die einige längere Trockenperioden mit sich brachten. Den Schritt zum CAM-Weg gingen im Übrigen nicht nur die Bromelien, sie sind nur eine Gruppe von insgesamt 33 Familien mit geschätzt 16 000 Arten, die jenen Weg der Wasserersparnis wählten.

Interessanterweise aber machten manche Bromelien-Vertreter sogar wieder den Schritt zurück zur angestammten, "normalen" Photosynthese. Offenbar hatte es sich bei den frühen Vertretern der Familie um Pflanzen gehandelt, die gewöhnt waren an exponierte Standorte – Wuchsplätze also, an denen sie mit Wasser haushalten mussten. Als manche aber nun in den Schatten des Unterholzes umzogen, war der Aufwand der zeitlichen Entkopplung im Photosynthese-Geschehen nicht mehr notwendig, und sie begnügten sich fortan wieder mit der einfacheren Variante.

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