Populationsdynamik von Epiphyten

Epiphyten, Pflanzen die auf Bäumen wachsen ohne an diesen zu parasitieren und ohne Wurzelkontakt zum Boden, sind typische Elemente tropischer Regenwälder und tragen wesentlich zu deren Diversität bei. Da sie, wenn sie zu Boden fallen, kaum überleben, hängt ihr Lebenszyklus stark von dem der sie tragenden Bäume und Äste ab. Zudem stellt ihr Lebensraum, die Kronenregion des Waldes, ein heterogenes und strukturiertes Habitat dar, mit starken Unterschieden in Mikroklima, Substrat auf den Ästen und deren Stabilität, was zu einer deutlichen Zonierung in der Verteilung der Epiphyten führt. Im Laufe ihres Lebenszyklus müssen Pflanzen bestäubt werden, Samen produzieren und diese müssen auf geeigneten Ästen landen und keimen. Wachstums- und Überlebensraten bestimmen die Wahrscheinlichkeit mit der die Pflanze später selbst Blüten produzieren wird. Alle diese Faktoren sind von Art zu Art unterschieden, können aber auch von der Position einer Pflanze innerhalb des Baumes abhängen. Letztendlich bestimmen Überleben, Wachstum, Vermehrung und Samenverbreitung selbst die Verteilung der Pflanzen innerhalb des Baumes. Das beantragte Projekt soll den Zusammenhang zwischen der Verteilung der Pflanzen in den Kronen und den Lebenszyklen einiger Orchideen und Bromelien in einem humiden Bergwald in Mexiko untersuchen. Populationsgenetische Analysen sollen feststellen, wieweit die räumlichen Verteilung der Individuen, die teils sehr heterogen ist, mit deren genetischer Distanz zusammenhängt. Die untersuchten Zusammenhänge werden in Populationsmodelle integriert, die zu einem besseren Verständnis der Populationsdynamik von Epiphyten und letztendlich der Struktur und Dynamik im Kronenraum beitragen sollen. Dies ist auch von Bedeutung, wenn die Aussichten einzelner Arten in vom Menschen veränderten Lebensräumen abgeschätzt werden sollen.

Epiphyten sind charakteristische Pflanzen tropischer Regenwälder, wo sie einen wesentlichen Teil der pflanzlichen Biodiversität darstellen und zudem Nahrung und Substrat für viele Tiere des Kronenraumes darstellen. Da Epiphyten auf Bäumen wachsen, ohne diese direkt zu schädigen, sind sie in der komplexen 3-dimensionalen Struktur des Regenwaldes verteilt und die meisten Arten bevorzugen bestimmte Zonen auf den Wirtsbäumen. Damit eine Population überlebt, muss sich jede Pflanze vermehren, was von Bestäubern, der Zahl der gebildeten Samen, der Wahrscheinlichkeit, dass die Samen auf einem geeigneten Substrat landen und sich dort Keimlinge etablieren abhängt. Zudem muss die Zahl der jährlich sterbenden Pflanzen (durch abiotischen Stress, Herbivore, oder, bei Epiphyten, dadurch dass der Ast, auf dem sie sitzen, bricht) durch die Zahl der neu rekrutierten ausgeglichen werden. Die Populationsdynamik beschreibt die Entwicklung in verschiedenen Stadien eines Lebenszyklus und analysiert die Faktoren, die zum Wachstum oder Niedergang einer Population beitragen. Im abgelaufenen Projekt wurde die Populationsdynamik von drei Orchideen- und fünf Bromelienarten in einem mexikanischen Bergregenwald erforscht, indem mehrere Tausend Individuen im Wald markiert und wiederholt gemessen und Keimung und Bestäubung mit gezielten Experimenten untersucht wurden. Nach der gängigen ökologischen Theorie werden Pflanzen, die in einer Umwelt mit hohem abiotischen Stress leben, was auf Epiphyten zutrifft, relativ wenig durch Herbivore geschädigt. Das traf zwar auch auf die untersuchten Epiphyten zu, bei denen sehr wenige Blätter gefressen wurden, aber Schädlinge die Blüten, Früchte oder das junge, wachsende Blattgewebe fraßen, können einen überproportionalen Effekt haben, und trugen wesentlich zur erhöhten Mortalität oder verringerten Samenproduktion einiger Arten bei. Im Allgemeinen benötigen viele Jahre, bis sie blühen und sich vermehren können. Wenn ihre Mortalität hoch ist, etwa weil dünne Äst oft abbrechen, sterben die meisten Pflanzen bevor sie zur Reproduktion gelangen. Es stellte sich heraus, dass jene Arten, die dünne, instabile Äste bevorzugen, sich mit einem schnellen Populationszyklus daran angepasst haben. Sie investieren relativ wenig in vegetatives Wachstum wie neue Triebe, und mehr in Blüten und Früchte und erreichen daher die Blühreife einige Jahre schneller. Während die Blüten der meisten Arten auf Bestäuber angewiesen sind, können sich die auf exponiertem Substrat wachsenden auch selbst bestäuben, sind also nicht auf die manchmal unsicheren Bestäuber angewiesen. Die sehr starke Zonierung des Mikroklimas und die Verschiedenheit der Äste beeinflusst verschiedene Stadien des Lebenszyklus, wie etwa Keimung, Überlebensraten, Wachstum und Nährstoffversorgung. Dadurch kann die Verteilung der Arten im Raum teilweise erklärt werden, und ein Verständnis dieser Faktoren liefert zudem Daten, um vorauszusagen, wie Veränderungen im biotischen Umfeld (Herbivore, Bestäuber) im Mikro- wie Makroklima, oder in der Struktur und Dichte der Bäume Populationen von Epiphyten beeinflussen. Dieses Verständnis kann einen wichtigen Beitrag zum Schutz dieser Arten liefern. Besonders Bergregenwälder, die die höchste Epiphytendiversität aufweisen, werden stark zurückgedrängt und einige Epiphyten werden in großen Mengen als Zierpflanzen gesammelt ohne die notwendigen Daten, eine Nachhaltige Nutzung zu sichern. Viele Epiphyten können auch in sekundärer Vegetation, z.B. auf Schattenbäumen von Kaffeekulturen, überleben, aber andere scheinen auf natürliche Wälder beschränkt zu sein. Im Rahmen dieses Projektes wurden mehrere, potentiell limitierende Faktoren identifiziert, die zu verstehen wichtig ist, um auch sekundäre Vegetation auf eine Art zu managen, die einen möglichst großen Teil der Biodiversität erhält.