Der neue Stammbaum der Pflanzenwelt
Projekt erklärt Blumen und identifiziert eine grüne ‚Eva‘

By Rick Weiss
Washington Post Staff Writer
Donnerstag, 5. August 1999; Seite A01

Wissenschaftler haben gestern die bisher vollständigste Analyse der Verwandtschaft der weltweit 1 Million Pflanzenarten veröffentlicht und damit langjährige Theorien darüber umgestoßen, wie die ersten einzelligen Algen an Größe und Komplexität zunahmen und zu den prächtigen Bäumen und Blumen wurden, die heute an der Spitze der Pflanzenevolution stehen.

Vielleicht am überraschendsten ist, dass die fünfjährige Bemühung, den gesamten Stammbaum aller Pflanzen zu kartieren – an der mehr als 200 Wissenschaftler in 12 Ländern beteiligt waren – festgestellt hat, dass eine seltene und zuvor nicht angekündigte tropische Blume der engste lebende Verwandte der ersten blühenden Pflanze der Erde ist.

Die unerwartete Entdeckung wirft beide führenden Theorien darüber um, wie die erste Blume aussah, und löst offenbar das, was Charles Darwin das „abscheuliche Rätsel“ nannte, wie Pflanzen den Sprung vom primitiven grünen Einerlei zur vollen Blütenpracht schafften. Die neue Analyse, die auf dem 16. Internationalen Botanischen Kongress in St. Louis vorgestellt wurde, kommt auch zu dem verblüffenden Schluss, dass es mindestens drei verschiedene Pflanzenreiche gibt und nicht nur eines, wie es den meisten Schülern heute beigebracht wird.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Pflanzen nicht direkt aus dem Meer an Land kamen, wie viele Wissenschaftler dachten, sondern aus dem Süßwasser, wo sie Millionen von Jahren verbrachten, um sich auf die Strapazen des Landlebens vorzubereiten.

Und sie kommt zu dem Schluss, dass die vielen Familien grüner Pflanzen, die heute an Land leben, nicht von separaten evolutionären Emporkömmlingen abstammen, sondern von einer einzigen grünen „Eva“, von der ein naher Verwandter heute noch in unberührten Seen lebt, wie es vor mehr als einer Milliarde Jahren war.

Das Projekt bestätigt auch eine kontraintuitive Erkenntnis, die erstmals vor sechs Jahren geäußert wurde, nämlich dass Pilze – einschließlich Hefe und Pilze – enger mit den Menschen verwandt sind als mit den Pflanzen.

„Dies ist der erste umfassende, koordinierte, groß angelegte Versuch, einen der wichtigsten Zweige des Lebens zu rekonstruieren“, sagte Brent Mishler, Professor für integrative Biologie an der University of California in Berkeley und Sprecher des vom Bund finanzierten „Deep Green“-Projekts.

Abgesehen von der intellektuellen Befriedigung, die sich aus der Erkenntnis ergibt, wie die Pflanzen der Welt miteinander verwandt sind, könnten die neuen Erkenntnisse auch praktische Vorteile haben, sagte Peter Raven, Direktor des Missouri Botanical Garden, der das einwöchige Treffen von 4.000 Botanikern ausrichtet.

Zum Beispiel, so Raven, ist es für Botaniker, die nach neuen medizinischen Wirkstoffen suchen, sinnvoll, sich auf Pflanzen zu konzentrieren, die eng mit denen verwandt sind, von denen bereits bekannt ist, dass sie therapeutische Eigenschaften haben. Dieser Ansatz wird jedoch durch das Fehlen eines genauen Stammbaums behindert.

Umgekehrt wollen Naturschützer, die sich über das beschleunigte Aussterben von Pflanzen Sorgen machen, Samen und andere genetische Ressourcen einer breiten Palette von Pflanzen erhalten. Um jedoch entscheiden zu können, worauf sie ihre Bemühungen konzentrieren sollen, müssen sie wissen, welche Pflanzen die unterschiedlichsten Zweige des botanischen Stammbaums repräsentieren.

Experten für Unkrautbekämpfung könnten wirksamer gegen neu eindringende Arten vorgehen, wenn sie wüssten, mit welchen Arten die neuen Schädlinge verwandt sind und welche Arten von Unkrautvernichtungsmitteln bei diesen nahen Verwandten wirken.

„Es ist die Fähigkeit zu vergleichen, die allem in der Biologie Bedeutung verleiht“, sagte Raven.

Die neue Arbeit wurde durch die jüngsten Fortschritte in der Kladistik ermöglicht, einem Bereich, in dem Wissenschaftler die evolutionär relevantesten Merkmale zwischen verschiedenen Organismen vergleichen und nicht die offensichtlichsten, wie es die Taxonomen der alten Zeit taten. Durch den Vergleich von Schlüsselmerkmalen wie wasserleitendem Gewebe oder Blütenform bei verschiedenen lebenden und fossilen Arten können Wissenschaftler feststellen, wann und wo neue „Zweige“ aus dem sich ständig diversifizierenden Stammbaum ausgebrochen sind.

Ebenso wichtig waren die Fortschritte in der Genomik, einem Bereich, der Veränderungen in der Anordnung der Gene über Jahrtausende hinweg verfolgt und es Molekularbiologen ermöglicht, die Spuren der Evolution zu verfolgen.

Mishler warnte, dass Biologen, die sich auf die evolutionäre Klassifizierung spezialisiert haben, notorisch streitlustig sind und dass sich das neue Bild der Pflanzenevolution, das präsentiert wurde, mit Sicherheit ändern wird, wenn neue Daten eintreffen und andere Theorien vorgeschlagen werden. Aber im Gegensatz zu früheren Bemühungen, sagte er, „zeigen diese neuen Stammbäume wirklich Verwandtschaft, nicht nur oberflächliche Ähnlichkeit“

Die neue Arbeit wirft ein besonders dramatisches Licht auf die Entstehung der blühenden Pflanzen (von denen man annimmt, dass sie vor etwa 135 Millionen Jahren entstanden sind) aus ihren nicht blühenden Vorgängern (die heute als Kiefern und verwandte Pflanzen fortbestehen).

Bislang waren die Wissenschaftler davon ausgegangen, dass die erste Blume entweder den heutigen Magnolien oder Seerosen ähnelte, denen viele der spezialisierten Teile fehlen, die man bei modernen Blumen findet. Niemand ahnte, dass die Debatte zwischen diesen beiden Lagern durch das Auftauchen eines noch primitiveren Verwandten entschieden werden würde, einer kleinen, cremefarbenen Blume namens Amborella, von der eine einzige Art auf der südpazifischen Insel Neukaledonien lebt.

Vier Gruppen von Wissenschaftlern legten gestern eindeutige Beweise dafür vor, dass Amborella – die wahrscheinlich zunächst von prähistorischen Käfern bestäubt wurde – auf den untersten Zweig des Stammbaums der Blütenpflanzen gehört, während alle anderen Blumen erst später in der Geschichte und „höher“ in diesem Baum auftauchten. Blühende Pflanzen haben einen Vorteil gegenüber anderen, weil ihre Samen in einer fleischigen Frucht geschützt sind.

Andere Forscher legten Daten vor, die zeigen, dass sich grüne Pflanzen (einschließlich aller Landpflanzen), rote Pflanzen und braune Pflanzen (hauptsächlich Algen und Algen) aus drei verschiedenen einzelligen Pflanzen entwickelt haben und es daher verdienen, als eigene Reiche betrachtet zu werden.

Die Pilze, einschließlich Pilze und Hefe, bilden ebenfalls ein eigenständiges Reich. Aber nach dem neuen System wurden einige frühere Pilze (wie die so genannten Schleimpilze) in das Reich der braunen Pflanzen verschoben.

„Die Pilze werden verschlankt“, sagte Mishler. „

Forscher präsentierten auf der Tagung auch Daten, die darauf hinweisen, dass primitive, einzellige Grünpflanzen ins Süßwasser zogen, bevor sie das Land stürmten. In Tümpeln wurden sie mehrzellig und hatten den Vorteil, dass sie Zellen hatten, die sich auf bestimmte Aufgaben spezialisieren konnten, einschließlich des Lernens, wie man Wasser zurückhält, eine entscheidende Überlebenstaktik für das Leben an Land.

Es mag viele Angriffe auf das Land gegeben haben, aber nur eine Pflanzenlinie hat überlebt und sich zu allen heute bekannten Landpflanzen entwickelt. Neue Daten deuten darauf hin, dass die Mutter dieser Linie, die „Eva“ der Grünpflanzen, etwas war, das den heutigen so genannten Coleochaeten sehr ähnlich ist, winzigen Grünpflanzen von der Größe eines Stecknadelkopfes und nur einer Zelle, die frisches Wasser benötigen, das völlig frei von Verunreinigungen ist.

Ein besserer Einblick in die Art und Weise, wie Pflanzen den Übergang zum Land vollzogen haben, könnte einige praktische Vorteile mit sich bringen, so Mishler. Die ersten Pflanzen, die auf das Festland kletterten, die einfachen Moose, sind äußerst widerstandsfähig gegen das Austrocknen, sogar noch widerstandsfähiger als höhere Pflanzen, die diese Fähigkeit später in der Evolution verloren haben. Wissenschaftler versuchen nun, Gene in Moosen zu identifizieren, die in Nutzpflanzen gezüchtet werden könnten, um sie trockenheitsresistenter zu machen.