29.08.2019

Klimawandel bedroht genetische Vielfalt europäischer Pflanzen

Extreme Temperaturen und Trockenheit durch den Klimawandel könnten die genetische Vielfalt von Pflanzen in Europa bedrohen. Eine gerade in Nature veröffentlichte Studie unter Beteiligung der Universität Tübingen hat herausgefunden, dass nur wenige Individuen der Ackerschmalwand, Arabidopsis thaliana, die notwendigen Genvarianten besitzen, um dem im Jahr 2050 in Europa erwarteten Klima trotzen zu können. Aufgrund dessen erwarten die Forscher eine starke Reduktion der genetischen Vielfalt in Europa.

Ein internationales Forscherteam am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen, der Universität Tübingen, der Technischen Universität Madrid und der UC Berkeley untersuchte natürliche Populationen der Ackerschmalwand, einer häufig für Grundlagenforschung in der Biologie verwendeten Pflanze. Die Forscher zogen Ackerschmalwand-Pflanzen von mehr als 500 Standorten in Europa unter kontrollierten Versuchsbedingungen in Spanien und Deutschland an, um ihre Anpassungsfähigkeit an Hitze und Trockenheit zu testen. Sie waren insbesondere daran interessiert, inwieweit die jeweils individuelle Kombination unterschiedlicher Genvarianten der Pflanzen ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Klimaextremen beeinflusste. Die aus den Feldversuchen gewonnen Daten kombinierten die Forscher mit Modellen zur Klimaentwicklung der kommenden Jahrzehnte, um vorherzusagen, wie die vom Menschen verursachten Temperatur- und Niederschlagsveränderungen die genetische Vielfalt der Pflanzen verändern wird.

Modelle sagen Rückgang der genetischen Vielfalt voraus

Wie sie herausfanden, werden zwar einige Individuen der Ackerschmalwand auch bei starker Trockenheit und Hitze überleben können. Die meisten werden aber die für 2050 prognostizierte Trockenheit auf der iberischen Halbinsel, in Frankreich, Italien und Südosteuropa nicht überstehen. Die genetische Vielfalt der wenigen überlebenden Arabidopsis-Individuen wird dann in diesen Gegenden deutlich geringer sein als heute.

„Unserer Berechnungen zeigen, dass die heutige genetische Vielfalt der Ackerschmalwand bis zum Jahr 2050 schwinden wird. Es werden sich vor allem die Mutationen durchsetzen, die die Pflanzen widerstandsfähiger gegenüber den künftigen Klimaextremen in Süd- und Südosteuropa machen“, so Moises-Exposito-Alonso, der Erstautor der Studie. „Erstaunt hat uns, wie sehr sich die Individuen einer bestimmten Pflanzenart innerhalb des europäischen Raums unterscheiden, so dass einige unter den künftigen Klimabedingungen überleben werden, andere aber nicht“, so Detlef Weigel, Direktor am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, wo die Studie koordiniert wurde.

Viele europäische Pflanzenpopulationen werden nicht überleben 

Angesichts sinkender Regenmengen und steigender Temperaturen haben viele europäische Ackerschmalwand-Populationen nicht die genetischen Voraussetzungen zum Überleben. Das betrifft vor allem die sogenannten Übergangszonen zwischen der Mittelmeerregion und Mitteleuropa. Die Forscher gehen davon aus, dass diese Schlussfolgerungen auch auf viele andere Pflanzenarten in Europa zutreffen könnten. Für die meisten Arten fehlen bisher zwar notwendige genetische Informationen, diese können jedoch durch die schnellen Fortschritte bei modernen genomischen Methoden für immer mehr Arten in kurzer Zeit gewonnen werden. Mithilfe solcher Informationen wird es in Zukunft möglich sein, bessere Vorhersagen darüber zu treffen, wo Pflanzenarten am stärksten unter den Folgen des Klimawandels leiden werden.

Die Studie wurde vom Europäischen Forschungsrat und der Max-Planck-Gesellschaft unterstützt. An der Studie haben mitgewirkt: Oliver Bossdorf von der Universität Tübingen, Hernan Burbano, jetzt UCL in London, Rasmus Nielsen von der UC Berkeley sowie ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen und der Technischen Universität Madrid. 

Publikation:

Moises Exposito-Alonso, 500 Genomes Field Experiment Team, Hernán A. Burbano, Oliver Bossdorf, Rasmus Nielsen & Detlef Weigel: Natural selection on the Arabidopsis thaliana genome in present and future climates. Nature, doi.org/10.1038/s41586-019-1520-9

Kontakte:

Carnegie Institution for Science at Stanford University
Moises Exposito-Alonso, Ph.D.
+1 510 225 5173
Mexpositoalonsospam prevention@carnegiescience.edu 

Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie
Prof. Dr. Detlef Weigel
+49 7071 601 1410
detlef.weigelspam prevention@tuebingen.mpg.de

Institut für Evolution und Ökologie an der Universität Tübingen
Prof. Dr. Oliver Bossdorf
+49 7071 29-78809
oliver.bossdorfspam prevention@uni-tuebingen.de 

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