Zurich, Switzerland
March 14, 2017
Pollinator insects accelerate plant evolution, but a plant changes in different ways depending on the pollinator. After only nine generations, the same plant is larger and more fragrant if pollinated by bumblebees rather than flies, as a study conducted by evolutionary biologists from the University of Zurich reveals.
Bumblebee pollinating field mustard (Picture: UZH)
Not much plant sex happens without pollinator insects: Bees, flies or butterflies transfer the male pollen grains to the stigma of a plant’s female style, thereby ensuring its sexual reproduction. Researchers from the Department of Systematic and Evolutionary Botany at the University of Zurich now reveal that pollinator insects also have a surprisingly strong influence on plant evolution.
Plants pollinated by bumblebees become more fragrant
For their experiment UZH professor Florian Schiestl and doctoral student Daniel Gervasi used field mustard – a kind of cabbage species and a close relative of oilseed rape. The researchers allowed one plant group to be pollinated solely by bumblebees for nine generations, another only by hoverflies and a third by hand. Afterwards they analyzed the plants, “which differed greatly,” as Florian Schiestl explains. The plants pollinated by bumblebees were larger and had more fragrant flowers with a greater UV color component, which bees and their relatives see. The plants pollinated by hoverflies, on the other hand, were smaller, their flowers were less fragrant and they self-pollinated considerably more. According to Schiestl, the mechanism of evolutionary change is fact that different pollinators differ in their preferences and thus preferentially cross-pollinate specific plant individuals, much like a plant breeder using individuals with favorable properties. The flies’ considerably lower pollination efficiency is the cause of the increase in self-pollination. The plants essentially help themselves if the pollinator transfers too little pollen.
Field mustard: The plant pollinated by bumblebees is larger (left) than the plant pollinated by hoverflies. (Picture: UZH) Pollinator insects hasten plant evolution
The fact that the plants change so significantly already after nine generations came as a surprise to the researchers: “The traditional assumption is that evolution is a slow process,” explains Schiestl. The evolutionary biologist from UZH draws the following conclusion from his results: “A change in the composition of pollinator insects in natural habitats can trigger a rapid evolutionary transformation in plants.” This is particularly interesting as certain pollinator insects such as bees have been vastly decimated by the extensive use of pesticides and the depletion of the landscape in recent decades. According to Schiestl, it would thus be conceivable for plants to increasingly rely on flies as pollinators, which would result in the evolution of weaker flower fragrances and more self-pollination. In the longer term, this would reduce a plant population’s genetic variability and the plants would become more susceptible to disease.
Literature:
Daniel Gervasi, Florian Schiestl. Real-time divergent evolution in plants driven by pollinators. Nature Communications. March 14, 2017. DOI: 10.1038/NCOMMS14691
Bienen und Fliegen wirken ähnlich wie Pflanzenzüchter
Bestäubende Insekten beschleunigen die Evolution von Pflanzen, aber je nach Bestäuber entwickelt sich die Pflanze unterschiedlich. Bereits nach neun Generationen ist die gleiche Pflanze grösser und duftet stärker, wenn sie von Hummeln bestäubt wird als von Fliegen. Dies belegt eine Studie von Evolutionsbiologen der Universität Zürich.
Ohne Bestäuberinsekten läuft wenig: Bienen, Fliegen oder etwa Schmetterlinge übertragen die männlichen Pollenkörner auf die Narbe des weiblichen Griffels einer Pflanze und sichern dadurch deren Fortpflanzung. Nun zeigen Forscher vom Institut für Systematische und Evolutionäre Botanik der Universität Zürich, dass Bestäuberinsekten auch die Evolution von Pflanzen überraschend stark beeinflussen.
Hummelbestäubte Pflanzen duften stärker
Für ihr Experiment verwendeten UZH-Professor Florian Schiestl und Doktorand Daniel Gervasi den Rübsen – eine Pflanze aus der Gattung des Kohls und ein naher Verwandter des Raps. Die Forscher liessen eine Pflanzengruppe über neun Generationen lang nur von Hummeln bestäuben, eine andere nur von Schwebefliegen, und eine dritte bestäubten sie von Hand. Danach analysierten sie die bestäubten Pflanzen, «die sich erstaunlich deutlich unterschieden», wie Florian Schiestl erklärt. Die von Hummeln bestäubten Pflanzen waren grösser und hatten stärker duftende Blüten mit mehr UV-Farbanteil – eine Farbe, die von Bienen und ihren Verwandten gesehen wird. Die von Schwebefliegen bestäubten Pflanzen hingegen waren kleiner, ihre Blüten dufteten weniger und bestäubten sich deutlich mehr selbst.
Der Mechanismus der evolutiven Veränderung besteht laut Florian Schiestl darin, dass unterschiedliche Bestäuber sich in ihren Präferenzen unterscheiden, und sie daher eine Auslese treffen, ähnlich wie es ein Pflanzenzüchter machen würde. Die Zunahme der Selbstbestäubung ist auf die deutlich geringere Bestäubungseffizienz der Fliegen zurückzuführen. Die Pflanzen helfen sich sozusagen selbst, wenn der Bestäuber zu wenig Pollen überträgt.
Bestäuberinsekten beschleunigen Evolution
Dass sich die Pflanzen bereits nach neun Generationen so stark veränderten, überraschte die Forscher: «Traditionell geht man davon aus, dass die Evolution langsam verläuft», erklärt Florian Schiestl. Der UZH-Evolutionsbiolge zieht aus seinen Ergebnissen folgendes Fazit: «Eine veränderte Zusammensetzung von Bestäuberinsekten in natürlichen Lebensräumen kann einen rapiden evolutiven Wandel bei Pflanzen bewirken.» Dies ist von besonderem Interesse, da bestimmte Bestäuberinsekten, beispielsweise Bienen, durch starken Pestizideinsatz und Verarmung der Landschaft in den letzten Jahrzehnten massiv dezimiert worden sind. Es wäre laut Florian Schiestl denkbar, dass Pflanzen daher vermehrt auf Fliegen als Bestäuber angewiesen sind. Dies hätte die Evolution von schwächerem Blütenduft und mehr Selbstbestäubung zur Folge. Längerfristig würde dadurch die genetische Variabilität einer Pflanzenpopulation geschmälert und die Pflanzen würden krankheitsanfälliger.
Literatur:
Daniel Gervasi, Florian Schiestl. Real-time divergent evolution in plants driven by pollinators. Nature Communications. March 14, 2017. DOI: 10.1038/NCOMMS14691
Topics
Species
