Die Diasporenbank im Boden von ephemeren Pflanzen

Genetische und/oder phänotypische Variation erlaubt es Populationen, sich an Umweltveränderungen anzupassen. Viele einjährige, flüchtige Pflanzenarten erhalten eine dauerhafte Diasporenbank im Boden aufrecht, die eine zusätzliche zeitliche Komponente zur geographisch strukturierten genetischen und phänotypischen Variation hinzufügt. Dauerhafte Diasporenbanken im Boden können Populationen gegen dramatische Änderungen in der genetischen Zusammensetzung, die als Folge von Schwankungen in der Populationsgröße (genetische Drift) auftreten, abpuffern, sie können die Antwort auf Selektion verzögern, und sie können als Quelle genetischer Erneuerung dienen und damit das evolutionäre Potential von Populationen erhöhen, denn das Altern von Samen wird von Chromosomenbrüchen und Mutationen begleitet. Dauerhafte Diasporenbanken im Boden sind charakteristisch für Arten von ephemeren, semi-aquatischen Lebensräumen (Zwergbinsengesellschaften). In Europa gehen diese Lebensräume zurück. Historisch wichtige Rückzugsgebiete für Zwergbinsengesellschaften sind sekundäre, von Menschenhand geschaffene Fischteiche, deren europäisches Verbreitungszentrum im Böhmischen Massiv liegt. Wir vermuten, dass das intensive Störungsregime (Überflutung, Teichbewirtschaftung) einen starken Selektionsdruck auf die Populationen der Zwergbinsengesellschaften ausübt. Es gibt wenig empirische Daten in Bezug auf die funktionale Bedeutung von dauerhaften Diasporenbanken im Boden, um die genetische und phänotypische Variation von Pflanzenpopulationen zu erhalten. Das Ziel dieses Projekts ist es, die Rolle der dauerhaften Diasporenbank im Boden als integralem Bestandteil der Lebensweise von ephemeren, semi- aquatischen Pflanzenarten zu beleuchten. Die Hypothesen sind rund um zwei Hauptkomponenten der Variation in Populationen strukturiert: (1) genetische Variation im Gegensatz zu (2) Variation in phänotypischen Merkmalen. Die Verteilung der genetischen Variation innerhalb und zwischen Diasporenbank im Boden und Oberflächenpopulation soll an Standorten mit unterschiedlichem Störungs- bzw. Bewirtschaftungsregime im Vergleich zur gesamten genetischen Variation in der Art untersucht werden. Weiters sollen quantitative, phänotypische Merkmale, die zur Fitness der beitragen, vor dem Hintergrund neutraler genetischer Variation untersucht werden. Wir wollen die Hypothesen testen, dass Anpassung in Populationen lokal geeignete Phänotypen hervorbringt und dass sich ephemere, semi-aquatische Pflanzenarten an natürliche Oszillationen im Wasserstand und unregelmäßige Entleerung von Teichwasser durch erhöhte phänotypische Plastizität angepasst haben, indem wir den Beitrag des Genotypen versus der Umwelt (Wasserverfügbarkeit) für die beobachtete phänotypische Variation beurteilen. Unsere interessierende Art ist Cyperus fuscus (Cyperaceae), eine Charakterart von Zwergbinsengesellschaften. Wir werden Diasporenbankproben nehmen und die genetische Zusammensetzung (AFLPs und SSRs) und phänotypische Variation und Plastizität der Diasporenbank im Boden vs. Oberflächenpopulation vergleichen.

Das Braune Zypergras Cyperus fuscus L. (Cyperaceae) ist ein im Mittelmeergebiet und gemäßigten Eurasien heimisches Sauergras. Die kleine sommerannuelle Pflanze ist ein typischer Pionier der Uferbereiche von Flüssen, wo sie während des periodischen Trockenfallens wächst. Wie andere Pflanzen von Schlammbänken etabliert Cyperus fuscus eine Samenbank, aus der Samen unter günstigen Bedingungen keimen. Die Art selbst ist nicht gefährdet, aber ihr Lebensraum ist ein prioritärer Lebensraum der europäischen FFH-Richtlinie (Code: 3130) und umfasst viele seltene Arten. Cyperus fuscus findet sich auch in sekundären anthropogenen Lebensräumen wie traditionellen Fischteichen und Fischhältern.Durch höheres Wachstum und die Ausbildung längerer und schmälerer Blätter gleicht Cyperus fuscus die negativen Effekte temporärer partieller Überflutung (niedrige Sauerstoffverfügbarkeit), die bei sommerlichen Hochwässern auftreten kann, aus (charakteristische Fluchtstrategie hochwassertoleranter Arten). Wachstumsunterschiede zwischen primären und sekundären Lebensräumen (Flüsse, Fischteiche und Fischhälter) sind sowohl genetisch fixiert als auch durch die Wachstumsbedingungen am Standort (z. B. Nährstoffverfügbarkeit) verursacht. In einer kontrollierten Umgebung unterschieden sich Pflanzen aus unterschiedlichen Lebensräumen in ihren Merkmalen (sowohl Mittelwert als auch Plastizität; Hinweis auf disruptive Selektion). Pflanzen aus Flusslebensräumen entwickelten sich besser und reagierten besser auf hohe und schwankende Wasserstände als Pflanzen aus sekundären Lebensräumen. Flusspopulationen sind auch genetisch variabler als Populationen in anthropogenen Lebensräumen.Die Selektion von Genotypen aus der Samenbank im Boden scheint durch die jeweiligen Bedingungen (wie Temperatur), die während der Keimung auftreten, vermittelt zu werden. Es gibt keine weiteren Unterschiede zwischen der Bodensamenbank und der jährlichen Oberflächenpopulation. Es gibt auch keinen Unterschied im Ausmaß an genetischer Variation in der Bodensamenbank oder Oberflächenpopulation. Dies deutet darauf hin, dass die Bodensamenbank genetische Variation (Genotypen aus früheren Generationen) speichert und jedes Jahr durch den Eintrag von Samen durch fließendes Wasser, Wasservögel oder Fischtransport bereichert wird.Die Art zeigt kaum genetische geographische Struktur in ganz Europa, was auf eine hohe Ausbreitungsfähigkeit hinweist. Ein Nord-Süd-Gradient in der genetischen Variation deutet auf eine nacheiszeitliche Besiedlung von Mittel- und Nordeuropa aus südlichen Refugien hin. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Erhaltung von unberührten Flusslebensräumen zusätzlich zu sekundären Lebensräumen für die Erhaltung der gesamten Variation und damit des adaptiven Potenzials der Pioniervegetation von Uferbereichen.