Die Geburt der modernen Welt: das Evolutionäre verstehen

Der Übergang zwischen Jura (vor 201-145 Millionen Jahren) und Kreidezeit (vor 145-66 Millionen Jahren) ist ein entscheidender Moment in der Geschichte des Lebens. Das Aufkommen blühender Pflanzen (Angiospermen) vor etwa 130 Millionen Jahren veränderte die terrestrischen Ökosysteme drastisch und führte zu einem Anstieg der Vielfalt bei Insekten, Säugetieren und anderen Tiergruppen. Dies war die Geburtsstunde unserer modernen Welt. Die Ursachen für das Aufkommen der Blütenpflanzen sind jedoch nach wie vor weitgehend unbekannt. Einerseits könnten die raschen klimatischen Veränderungen in dieser Zeit neue Bedingungen für das Ausbreitung der Blütenpflanzen geschaffen haben; andererseits könnte der Rückgang der zuvor existierenden Vegetation ökologische Freiräume hinterlassen haben, welche die Blütenpflanzen nutzen konnten. Nach einer anderen Auffassung haben die Blütenpflanzen nacktsamigen Pflanzen (Gymnospermen) dank ihrer neuen, besseren Eigenschaften, wie Früchte oder effizientere Blätter, verdrängt. Des Weiteren könnten diese abiotischen und biotischen Faktoren auf komplexe Weise zusammengewirkt haben. In unserem Projekt wollen wir den Kontext des Aufstiegs der Angiospermen verstehen. Zu diesem Zweck werden wir der Makroevolution der Palmfarne, Koniferen und Gnetales untersuchen, also der Pflanzengruppen, die vor und während der Ausbreitung der Angiospermen vorherrschten. Diese drei Pflanzengruppen werden heute gerne als lebende Fossilien missverstanden, die wegen der Konkurrenz durch Blütenpflanzen zurückgedrängt wurden. Ist dies wirklich der Fall? Wir werden die Evolutionsgeschichte dieser drei Gruppen rekonstruieren, um die Verwandtschaft zwischen fossilen und lebenden Pflanzen zu ermitteln. Wir werden DNA-Sequenzen der heutigen Arten und die Morphologie heutiger und fossiler Pflanzen nutzen, um phylogenetische Rekonstruktionen zu erstellen, wobei wir modernste statistische Methoden anwenden, welche die Unsicherheiten in Bezug auf Alter und Diversifizierungsgeschichte berücksichtigen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, wenn man sich mit den Unsicherheiten fossiler Nachweise befasst. Diese Rekonstruktionen werden uns dann helfen zu verstehen, wie sich das Entstehen und Aussterben von Arten sowie die morphologische Vielfalt in den drei Gymnospermengruppen während des Übergangs von der Jura- zur Kreidezeit verändert haben. Die festgestellten Muster werden mit dem zeitlichen Verlauf, der Schwankungen des Klimas sowie der Ausbreitung der Angiospermen verglichen. Dies wird uns helfen, die Ursachen dieser enormen, weltweiten Umwälzungen im Reich der Pflanzen zu verstehen und uns Hinweise auf mögliche Herausforderungen für die globale Flora geben, die durch gegenwärtige und zukünftige klimatische Veränderungen verursacht werden.

Der Übergang zwischen Jura (vor 201-145 Millionen Jahren) und Kreidezeit (vor 145-66 Millionen Jahren) ist ein entscheidender Moment in der Geschichte des Lebens. Das Aufkommen von Blütenpflanzen (Angiospermen) vor etwa 130 Millionen Jahren veränderte die terrestrischen Ökosysteme drastisch und führte zu einem Anstieg der Vielfalt bei Insekten, Säugetieren und anderen Tiergruppen. Dies war die Geburtsstunde unserer modernen Welt. Die Ursachen für das Aufkommen der Blütenpflanzen sind jedoch nach wie vor weitgehend unbekannt. Einerseits könnten die raschen klimatischen Veränderungen in dieser Zeit neue Bedingungen für das Ausbreitung der Blütenpflanzen geschaffen haben; andererseits könnte der Rückgang der zuvor existierenden Vegetation ökologische Freiräume hinterlassen haben, welche die Blütenpflanzen nutzen konnten. Nach einer anderen Auffassung haben die Blütenpflanzen nacktsamigen Pflanzen (Gymnospermen) dank ihrer neuen, besseren Eigenschaften, wie Früchte oder effizientere Blätter, verdrängt. Des Weiteren könnten diese abiotischen und biotischen Faktoren auf komplexe Weise zusammengewirkt haben. In unserem Projekt versuchten wir, den Kontext der Entstehung der Bedecktsamer zu verstehen, indem wir die evolutionäre Dynamik der Gymnospermengruppen untersuchten, die vermutlich während der Entstehung der Blütenpflanzen dominant waren und von diesen überlegenen Konkurrenten verdrängt wurden. Wir untersuchten zunächst die Gnetales, eine Gruppe, die sich vermutlich im gleichen Zeitraum wie die Bedecktsamer ausbreitete. Ein Blick auf ihre Fossilien stützt diese Ansicht, auch wenn noch viele Unbekannte über die Dynamik ihrer Entwicklung bestehen. Anschließend konzentrierten wir uns auf die Cycadeen, eine Gruppe, von der man annimmt, dass sie während des Mesozoikums dominant war. Es wird angenommen, dass die Vielfalt dieser Gruppe durch den Wettbewerb mit den Bedecktsamern abnahm, was zu einer verarmung lebenden Flora führte. Unsere Ergebnisse haben diese klassische Sichtweise völlig auf den Kopf gestellt: Durch die Integration von Fossilien und DNA-Beweisen konnten wir zeigen, dass sich die heutigen Cycadeen während des Übergangs von der Jura- zur Kreidezeit sowohl in Bezug auf die Artenvielfalt als auch auf die geografische Ausdehnung vergrößert haben und dass die morphologische Vielfalt der Cycadeenblätter durch den Aufstieg und die Entstehung der Angiospermen nicht beeinträchtigt wurde, sondern sich vielmehr bis in die Gegenwart ausbreitet. Dies deutet darauf hin, dass die Entstehung der Bedecktsamer Teil einer umfassenderen evolutionären Radiation von alle Samenpflanzen war. Außerdem fanden wir Hinweise darauf, dass einige der überlegenen Merkmale der Bedecktsamer möglicherweise nicht mit ihrem Erfolg in der Kreidezeit zusammenhängen. Wir stellten fest, dass ein fossiles Blatt aus der grönländischen Trias, von dem man annahm, es sei ein Verwandter der Blütenpflanzen, eher zu einer Gruppe von "Samenfarnen" gehörte, die am Ende der Trias ausstarben. Dies deutet darauf hin, dass eine einfache Sichtweise über den Auslöser der Angiospermen-Radiation nicht stichhaltig ist und dass eine neue Perspektive auf dieses Ereignis in der Erdgeschichte erforderlich ist.