Reproduktive Diversität von Hochgebirgspflanzen

Hochgebirgspflanzen müssen Wachstumsabläufe und reproduktive Entwicklung während einer kurzen Vegetationszeit bei geringem Wärmeangebot bewältigen. Dauert die Vegetationsperiode im Bereich der Waldgrenze noch 4-5 Monate, so stehen im Hochgebirge nur mehr 2-3 Monate zur Verfügung. Bisherige Untersuchungen an einigen wenigen Arten ergaben große artspezifische Unterschiede im zeitlichen Ablauf der Blütenentwicklung und der Samenbildung. Darüber hinaus unterliegen alle Entwicklungsprozesse zusätzlich dem Einfluss von Umweltfaktoren, wobei die Temperatur als modulativer Faktor und die Taglänge als induktiver Faktor eine besonders wichtige Rolle spielen. Die reproduktive Entwicklung von Hochgebirgspflanzen und die Beeinflussbarkeit durch Umweltfaktoren ist weitgehend unerforscht. Das vorliegende Projekt setzt sich daher zum Ziel, den gesamten Entwicklungszyklus von repräsentativen Pflanzen-arten der alpinen und nivalen Vegetationsstufe in den Alpen auf verschiedenen Standorten quantitativ und experimentell aufzuklären. Folgende Fragestellungen stehen im Vordergrund: 1. Welche strukturellen und funktionellen Eigenschaften der sexuellen Fortpflanzung weisen Hochgebirgspflanzen auf? 2. Unterscheiden sich Pflanzenarten der alpinen gegenüber der nivalen Höhen-stufe in ihrem Reproduktionsverhalten? 3. Wie flexibel reagieren die verschiedenen Arten auf unterschiedliche Umweltbedingungen wie Temperatur, Tageslänge und Länge der Vegetations-periode? Die Bedeutung dieser Untersuchungen liegt nicht nur im Aufklären von speziellen Entwicklungsstrategien der untersuchten Arten, sondern auch in einer möglichen Beurteilung, wie Pflanzen in Grenzlagen auf Änderungen des Standortklimas reagieren können. Arten mit einer breiten Anpassungsamplitude haben bessere Chancen bei einem Klimawechsel weiterhin auf ihrem Standort zu verbleiben, wogegen weniger flexible Arten sich auf geeignetere Standorte zurückziehen müssen.

Hochgebirge sind klimatisch extreme Lebensräume. Mit zunehmender Höhe limitieren kurze Vegetationsperioden und niedrige Temperaturen das Pflanzenleben. In den Europäischen Alpen können in Abhängigkeit von Relief und Schneeanhäufung im Winter, 3-5 Monate in der alpinen Stufe und 1-3 Monate in der Gletscherregion (nivale Zone) für Wachstum, Blühen und Samenproduktion genützt werden. Entsprechend nimmt die Artenvielfalt von einigen hundert Arten im alpinen Vegetationsgürtel auf etwa 30 im nivalen Gürtel ab. Davon kommen nur mehr ein Dutzend Arten über 4000 m MH vor. Das gegenständliche Forschungsprojekt hatte zum Ziel, Strategien der sexuellen Vermehrung in zehn Pflanzenarten zu untersuchen, die für den alpinen und nivalen Vegetationsgürtel der Alpen repräsentativ sind. Eine erfolgreiche Samenbildung ist für Hochgebirgspflanzen essentiell, um den Artbestand zu erhalten und Neuland zu besiedeln. Unsere Forschungshypothese war, dass nivale Pflanzen besondere Strategien entwickelt haben, die auch unter ungünstigen klimatischen Bedingungen den Fortpflanzungserfolg sichern. Die untersuchten Arten sind vorwiegend Steinbrecharten (Saxifraga-Arten), weitere Arten sind der Gletscherhahnenfuß (Ranunculus glacialis), das einblütige Hornkraut (Cerastium uniflorum) und der Alpen-Mannsschild (Androsace alpina). Die Untersuchungen fanden in unterschiedlichen Meereshöhen zwischen 2300 und 3450 m MH in den Tiroler Alpen statt. Der reproduktive Zyklus einer Pflanze beginnt mit der Blühinduktion und endet mit der Samenreife. Fast alle untersuchten Arten verteilen die Blütenentwicklung auf zwei Vegetationsperioden. Jedoch treten deutliche artspezifische Unterschiede bezüglich Entwicklungszeitpunkt und dem Endstadium der Blütenvorbildung im ersten Jahr auf, was sich auf den Blühzeitpunkt im zweiten Jahr auswirkt. In nur zwei Arten findet die gesamte Blütenentwicklung im Jahr der Blüte statt. Entgegen der bisherigen Annahme, dass Selbstbestäubung und asexuelle Samenbildung mit der Meereshöhe zunehmen, konnten wir nachweisen, dass auch die meisten nivalen Arten durch Insekten bestäubt werden müssen, um erfolgreich Samen auszubilden. Von der Befruchtung bis zur Samenreife dauert es meist ein Monat. Jedoch brauchen einzelne Arten auch länger, so der Zweiblütige Steinbrech Saxifraga biflora (6-7 Wochen), eine der in den Alpen höchststeigenden Arten. Die Zeitspanne zwischen Schneeschmelze und beginnender Samenreife entspricht der artspezifischen Reproduktionsdauer, die je nach Art zwischen 40 und 110 Tagen liegt. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass es keinen bestimmten Reproduktionstyp gibt, der für die besonderen klimatischen Bedingungen in großen Höhen selektiv ist. Schnell und effektiv reproduzierende Arten finden sich auch unter rein alpinen Arten, und umgekehrt brauchen manche Nivalpflanzen besonders lang bis zur Samenreife. Jedoch weisen diese Arten Eigenschaften auf, die die Samenproduktion auch in einem nivalen Klima begünstigen, wie die Fähigkeit, Samen unter Schnee auszureifen oder ein hoher Samenauswurf pro Blüte.