#Evolution der Pflanzen verlief in zwei Schüben

Heutige Pflanzen weisen eine große Vielfalt und Komplexität auf. Zugrunde lagen zwei entscheidende evolutionäre Sprünge, zeigt eine neue Studie: Zunächst die Entstehung von Samen im späten Devon vor 375 Millionen Jahren und später die Entwicklung von Blüten in der Mitte der Kreidezeit vor 125 Millionen Jahren. In den 250 Millionen Jahren zwischen diesen Entwicklungsschüben hingegen gab es eine Plateauphase ohne große evolutionäre Neuerungen.

Wenn es darum geht, sich fortzupflanzen, haben Pflanzen verschiedene Strategien entwickelt. Manche sind optimal darauf ausgelegt, sich vom Wind bei der Fortpflanzung helfen zu lassen, andere locken mit farbenprächtigen Blüten Bestäuber an. Doch wann und wie entstand diese Vielfalt? Wenn Forscher sich bisher mit diesen Fragen beschäftigt haben, haben sie meist einzelne Gruppen wie Blütenpflanzen, Nadelbäume und Farne getrennt analysiert – denn die große Vielfalt machte eine einheitliche Klassifikation schwierig.

Sprunghafte Entwicklung

Ein Team um Andrew Leslie von der Stanford University in Kalifornien hat nun eine neue, einfache Methode genutzt, um alle Gefäßpflanzen miteinander vergleichbar zu machen und ihre Evolution nachzuzeichnen: „Wir haben die reproduktiven Strukturen von Gefäßpflanzen in ihre grundlegenden Komponenten unterteilt und die Anzahl der unterschiedlichen Arten von Teilen bestimmt“, erklären die Forscher. Unter anderem zählten sie Strukturen wie Blütenblätter, Staubblätter und Sporenkapseln. „Das erzählt eine ziemlich einfache Geschichte über die Evolution der pflanzlichen Fortpflanzung in Bezug auf Form und Funktion: Je mehr Funktionen die Pflanzen haben und je spezifischer sie sind, desto mehr Teile haben sie“, sagt Leslie.

Mit dieser Methode klassifizierten die Forscher 1.338 lebende und fossile Pflanzen, von Farnen über Nadelbäume bis hin zu Blütenpflanzen. Das Ergebnis: Die Komplexität der Pflanzen nahm nicht allmählich zu, sondern in zwei bedeutenden Schüben. „Der erste Schub ereignete sich im späten Devon vor rund 375 Millionen Jahren, als die Gefäßpflanzen sich ausbreiteten und schließlich nicht-blühende Samenpflanzen auftraten“, beschreiben die Forscher. „Der zweite Sprung ereignete sich in der mittleren Kreidezeit vor etwa 125 Millionen Jahren und ging damit einher, dass die Blütenpflanzen entstanden und sich rasch diversifizierten.“

Plateauphase vor der entscheidenden Innovation

In den 250 Millionen Jahren zwischen diesen evolutionären Sprüngen entstanden zwar ebenfalls neue Arten, doch die Komplexität der Pflanzen veränderte sich nicht wesentlich. „Dieser Stillstand ist überraschend“, sagt Leslie. „Die Fortpflanzungsstrukturen sehen zwar bei all diesen Pflanzen unterschiedlich aus, aber sie haben alle ungefähr die gleiche Anzahl von Teilen während dieser Plateauphase in der Entwicklung.“ In der Tierwelt dagegen ereigneten sich in dieser Zeit bedeutende Veränderungen: Landtiere wurden größer und vielgestaltiger, die Dinosaurier breiteten sich aus und auch die Insektenwelt wurde vielfältiger.

Die Pflanzen dagegen erlangten erstaunlich spät die Fähigkeit, diese Entwicklungen für sich zu nutzen. „Die Bestäubung durch Insekten und die Verbreitung von Samen durch Tiere wäre schon vor 300 Millionen Jahren möglich gewesen, aber erst in den letzten 100 Millionen Jahren haben diese wirklich komplizierten Interaktionen mit Bestäubern zu dieser extrem hohen Komplexität bei Blütenpflanzen geführt“, so Leslie. „Es gab eine lange Zeitspanne, in der Pflanzen theoretisch so mit Insekten hätten interagieren können, wie es heute bei Blütenpflanzen der Fall ist, aber sie taten es nicht in demselben Ausmaß an Komplexität.“

Komplexe Bestäubungsmechanismen

Die höchste Komplexität und Vielfalt erreichten die Pflanzen erst mit der Entwicklung von Blüten. Innerhalb kurzer Zeit breiteten sich Blütenpflanzen auf der ganzen Welt aus und machen heute mit rund 350.000 Arten 90 Prozent aller Landpflanzen aus. „Die Basis dafür bildete eine grundlegende Neuerung, nämlich ein Fruchtblatt, das die Samen umschließt“, schreiben die Forscher. „Dieses ermöglichte die Entwicklung spezifischer Bestäubungsmechanismen.“ Unter den Blütenpflanzen stellten Leslie und seine Kollegen die höchste Komplexität bei Arten fest, die durch Tiere bestäubt werden. Blütenpflanzen dagegen, die auf Wind- oder Selbstbestäubung setzen, sind im Vergleich weniger komplex gebaut.

Aus Sicht der Forscher spiegelt die Komplexität die funktionelle Vielfalt der Pflanzen wider. Obwohl ihre Methode, die Komplexität lediglich anhand der Anzahl verschiedener Teile zu messen, andere Aspekte wie die interne Anatomie der Pflanzen vernachlässigt, sehen sie darin ein nützliches Instrument, um sehr unterschiedliche Pflanzen vergleichbar zu machen. „Unser Ansatz ermöglicht es uns, die enorme Bandbreite der Fortpflanzungsmorphologie von Gefäßpflanzen zu vereinfachen, wichtige zeitliche Muster in der Entwicklung dieser Vielfalt zu identifizieren und seit langem bestehende Vorstellungen über ihre Entwicklung zu überprüfen“, so die Forscher.

Quelle: Andrew Leslie (Stanford University, Kalifornien, USA) et al., Science, doi: 10.1126/science.abi6984

© wissenschaft.de – Elena Bernard