FRANKFURT. Das große Experiment startete im Herbst 2017 mit 360 kleinen Plastikröhrchen, in denen sich eine Mischung aus Samen der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana befand, einer unscheinbaren, einjährigen Pflanze mit kleinen, weißen Blüten. Die Röhrchen wurden an 30 verschiedene Orte in West- und Nordeuropa, dem Mittelmeerraum und den USA verschickt, wo sie von den Biologinnen und Biologen eines weltweiten Netzwerks in je zwölf jeweils rund ein Viertel Quadratmeter große Beete eingesät wurden und dort zwölf Arabidopsis-Populationen bildeten, die mit ihren Samen das Fortbestehen im jeweils kommenden Jahr sicherten. Bis zu fünf Jahre lang dokumentierten die Forscherinnen und Forscher das Wachsen und Gedeihen der Pflanzen und nahmen jährlich Gewebeproben für genetische Analysen. Ihr gemeinsames Ziel: die Evolution der Pflanzen nachzuvollziehen, die sich an so unterschiedliche Standorte anpassen mussten.

Mit dem Aufbau des Netzwerks „Genomics of Rapid Evolution in Novel Environment“ – kurz GrENE-net – hatte 2016 Niek Scheepens, Professor für evolutionäre Pflanzenökologie an der Goethe-Universität Frankfurt, gemeinsam mit Dr. François Vasseur vom französischen Centre d’Écologie Fonctionelle et Évolutive in Montpellier und Prof. Moisés Expósito-Alonso von der University of California in Berkeley begonnen.

Die Pflanzenproben aus den ersten drei Jahren wurden nun vom US-amerikanischen Team genetisch analysiert. Das Ergebnis: In den meisten Klimazonen überlebten die Populationen und passten sich an die Umweltbedingungen an. Sichtbar wurde das durch Millionen Änderungen in der Gesamtheit ihrer Gene, dem Genom. Dabei waren die genomischen Veränderungen häufig in allen zwölf Populationen eines Standorts statistisch ähnlich, und Standorte mit ähnlichem Klima wiesen ähnliche genetische Veränderungen auf und betrafen etwa Gene, die die Trockentoleranz oder die Blütezeit beeinflussen.

Scheepens kommentiert: „Beide Ergebnisse zeigen, wie das Klima offenbar einen evolutionären Selektionsdruck ausübt und die Auswahl solcher Gene und Genvarianten begünstigt, die die Pflanze besser an das Klima anpassen.“

Einige Ackerschmalwand-Populationen, meist an besonders heißen und trockenen Standorten, waren jedoch nach den drei Jahren ausgestorben, und ihre Beete blieben kahl. Dem gingen, wie die Genomanalysen jetzt zeigten, starke genetische Schwankungen voraus, und die 12 Populationen entwickelten sich nicht alle in dieselbe Richtung. Scheepens: „In diesen Populationen gab es offenbar zufällige Veränderungen als Folge einer am Ende doch recht kleinen Population in einem Beet. Statt einer erfolgreichen Anpassung hat hier also die sogenannte ‚genetische Drift‘ überwogen.“

Evolutionsökologe Niek Scheepens fasst zusammen: „Mit diesem Experiment können wir der Evolution sozusagen live über die Schulter schauen. Es zeigt uns: Evolutionäre Anpassung kann sehr rasch verlaufen, sofern ausreichende genetische Vielfalt vorhanden ist. Daher können seltene Pflanzen mit kleinen Populationen und entsprechend geringer genetische Vielfalt nur schlecht mit Veränderungen wie dem Klimawandel umgehen. Insgesamt ist unser Experiment ein eindringlicher Appell für den Erhalt der Biodiversität ganz allgemein: Vielfalt sichert Überleben!“

Hintergrundinformationen
Website des Projekts GrENE-net: https://grene-net.org/