Pflanzenevolution der Robinson Crusoe Inseln

Dieses Projekt hat evolutionäre Studien an endemischen Pflanzen der Robinson Crusoe (Juan Fernandez) Inseln, einem chilenischen Nationalpark, zum Inhalt. Diese Inseln befinden sich 680 km westlich der chilenischen Küste im Pazifischen Ozean (33 S). Die beiden Hauptinseln, Masatierra und Masafuera, jede ca. 50 km2 gross, beherbergen 104 endemische Blütenpflanzen. Radiometrische Daten zeigen für Masatierra ein Alter von ca. 4 Millionen Jahren und für Masafuera von 1-2 Millionen Jahren an. Die geographische Position der Inseln, die geringe Anzahl an dort existierenden Arten und der hohe Anteil an Endemismus auf Artniveau machen diese Inseln zu einem hervorragenden Modellsystem, um evolutionäre Fragestellungen zu untersuchen. Der klassische Evolutionsmodus auf ozeanischen Inseln ist die adaptive Radiation (Kladogenese). Dramatische Beispiele sind z.B. die hawaiianischen "Silverswords". Weniger bekannt ist aber anagenetische Artbildung, bei der sich ein Immigrant auf einer neuen Insel etabliert und langsam verändert, bis er sich eventuell als eigene Art herausbildet. Dieser Evolutionsmodus wird für ca. 25% aller endemischen Arten auf ozeanischen Inseln angenommen. Vorläufige Ergebnisse weisen auf unterschiedliche Level von genetischer Variation innerhalb und zwischen Populationen in Arten, die auf diese unterschiedlichen Weisen entstanden sind, hin, aber direkte Tests sind noch ausständig. Daten deuten darauf hin, dass anagenetisch entstandene Arten mehr genetische Variation innerhalb der Populationen aufweisen als durch adaptive Radiation entstandene Arten. Wir haben 19 endemische Arten aus den Gattungen Drimys, Dysopsis, Erigeron, Gunnera, Myrceugenia, Rhaphithamnus und Robinsonia ausgewählt, um die genetische Variation innerhalb und zwischen den Populationen zu untersuchen. Der Auswahl zugrunde liegen die Herkunft der Arten durch adaptive Radiation (Kladogenese) oder simple geographische Artbildung (Anagenese), Populationsgrössen und Leichtigkeit des Besammelns. Die Muster an genetischer Variabilität sollen mittels Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP), Chloroplasten-DNA Haplotypen, nukleären Mikrosatelliten und Genomgrössenmessungen untersucht werden. Beobachtete genetische Muster sollen mit dem Alter der Inseln, geographischen Distanzen, Fortpflanzungssytemen und Umweltparametern (reflektiert in den verschiedenen Vegetatiostypen) korreliert werden. Das gemeinschaftliche Forschungsteam, das österreichische, amerikanische und chilenische Forscher umfasst, hat mit 10 frühreren Expeditionen mehr als 25 Jahre Erfahrung auf diesem Archipel und über 60 Publikationen über die Evolution seiner Flora. Das ist eine exzellente Basis für das vorgeschlagene Projekt. Dieses Projekt wird die erste detaillierte molekulare Analyse der genetischen Variation in einer Anzahl an Pflanzenpopulationen von verschiedenen Arten im selben ozeanischen Archipel sein. Es wird Daten zu fundamentalen Fragen der genetischen Variation und Divergenz während der Artbildung in ozeanischen Archipelen liefern. Es wird auch die erste moderne Vegetationskarte von Masafuera produzieren. Das Projekt hat auch grosse Bedeutung für den Naturschutz.

Dieses Forschungsprojekt hatte zum Ziel, die genetischen Veränderungen zu verstehen, die mit der Entstehung der Pflanzen-Arten auf den Robinson Crusoe Inseln, einem chilenischen Nationalpark, einhergehen. Annähernd 100 Blütenpflanzen sind aus Vorläufer-Arten entstanden, die es irgendwann auf die Inseln verschlagen hat (long-distance dispersal). Nach der Ankunft einer Vorläufer-Art und der Etablierung lebensfähiger Populationen haben Veränderungen in der genetischen Konstitution solcher Immigranten-Populationen zur Entstehung neuer Arten geführt, was mittels zweier verschiedener Mechanismen erfolgen kann. Ein gut untersuchter Mechanismus ist die adaptive Radiation oder Cladogenese, bei welcher Individuen der Gründer-oder Immigranten-Population verschiedene ökologische Nischen erobern und sich dort zu unterschiedlichen Arten entwickeln. Der andere Mechanismus (die Anagenese) formt nach vielen Generationen aus einer erfolgreichen Gründer-Population durch die Akkumulation genetischer Variation mittels Mutation und Rekombination eine neue Art ohne eine starke ökologische Differenzierung innerhalb dieser Population. Unsere Hypothese ist, dass das Ausmaß der genetischen Variation innerhalb einer neuen Art, die aus einer adaptiven Radiation resultiert, geringer ist als jenes, das man in einer Art vorfindet, die durch anagenetische Transformation entstanden ist. Wir haben diese Hypothese mittels DNA-Markern getestet und dabei für jede der 14 Arten, die es nur auf den Robinson Crusoe-Inseln gibt, genetische Profile erstellt. Neun dieser Arten zeigen ein Muster, das mit dem einer adaptiven Radiation übereinstimmt und fünf Arten eines, das auf eine anagenetische Transformation hinweist. Diese Ergebnisse sind gut fundiert. Insgesamt wurden mehr als 5.000 individuelle Pflanzen von mehr als 300 Populationen untersucht. Es ist dies die umfangreichste und detaillierteste Untersuchung der genetischen Divergenz endemischer Arten in einem ozeanischen Archipel. Diese Ergebnisse zeigen auch Muster der genetischen Variation auf den Inseln, die für den Schutz dieser Arten wichtig sind. Davon wird auch die Administration des Robinson Crusoe-Nationalparks in Kenntnis gesetzt. Die Vegetationsanalyse auf der äußeren Insel Masafuera hat unter anderem zur ersten modernen Vegetationskarte von dieser Insel geführt. Dies ist auch von großem Wert für die Nationalparkadministration hinsichtlich Schutz sensibler Zonen und Öffentlichkeitsarbeit. Diese Vegetationskarte ergänzt außerdem die Vegetationsanalyse des Archipels, da eine solche Karte von der dem Kontinent näheren Insel Masatierra schon vor elf Jahren publiziert wurde. Dies lässt nun einen Vergleich der Zusammensetzung der Pflanzengesellschaften auf den beiden Inseln, die ein verschiedenes geologisches Alter (vier versus zwei Millionen Jahre) aufweisen, zu. Nicht zuletzt kann die Kombination neuer ökologischer Daten mit den detaillierten genetischen Analysen neue Einsichten in die Prozesse ergeben, die zur Entstehung der endemischen Arten geführt haben.