Evolutionsstammbaum der Pflanzen aufgedeckt

In der Ausgabe 10/2019 der renommierten Fachzeitschrift "Nature" präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, unter anderem unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena, die Ergebnisse eines weltweit einmaligen Projekts zur Evolution der Pflanzen. Hierfür haben sie 1.147 Pflanzenarten genetisch analysiert und so den bis heute umfangreichsten Stammbaum der Grünen Pflanzen erstellt.

Am Anfang waren die Algen

Die Geschichte und Evolution der Pflanzen umfasst etwa eine Milliarde Jahre. Zunächst waren es Algen, die mithilfe von Chloroplasten erstmals in der Lage waren, die Lichtenergie der Sonne für sich nutzbar zu machen. Mit anderen Worten: Sie konnten Fotosynthese betreiben.

Heute gibt es über 500.000 Pflanzenarten, sowohl Wasser- als auch Landpflanzen. Ziel der neuen "Nature"-Studie war es, die genetischen Grundlagen für diese Entwicklung näher zu beschreiben. "Die Entstehung und Entwicklung der einzelnen Spezies liegt teils mehrere Hundert Millionen Jahre zurück. Dennoch haben wir heute die Möglichkeit zurückzublicken und zu schauen, was damals passiert ist", sagt der Pflanzenwissenschaftler Prof. Dr. Marcel Quint vom Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften an der MLU.

Farne und Samenpflanzen mit einem gemeinsamen Vorfahren

Wie der von den Jenaer Forschern erstellte Stammbaum zeigt, der in der Nature-Publikation zu sehen ist, haben sich  bestimmte Gene etwa in Farnen und Samenpflanzen jeweils separat vervielfältigt und weiterentwickelt. „Beide Pflanzengruppen gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück“, erläutert Prof. Theißen. Aus diesem haben sich in einer Linie die heutigen Farne und in einer anderen Linie die Samenpflanzen entwickelt. „In beiden Linien haben sich MADS-Box-Gene unabhängig und unterschiedlich oft verdoppelt. Wir vermuten, dass es vier verschiedene Urgene gab, die vor etwa 380 Millionen Jahren im letzten gemeinsamen Vorfahren der heute lebenden Farne und Samenpflanzen vorhanden waren.“

Moose bleiben unter sich

Die nun veröffentlichten genetischen Daten belegen zudem, dass beispielsweise alle heute lebenden Moose näher miteinander verwandt sind als mit jeder anderen Pflanzengruppe – das war bislang eine der umstrittensten offenen Fragen der Evolution der Landpflanzen. Die im Vergleich zu den Laubmoosen sehr ursprünglich erscheinenden Lebermoose verdanken ihr Aussehen vermutlich nachträglichen Vereinfachungen ihrer Gestalt.

Gensequenzen von über 1.000 Pflanzen analysiert

Der Stammbaum der Pflanzen ist das Ergebnis eines Mammutprojekts, das die rund 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von mehr als 130 Forschungseinrichtungen aus aller Welt nun veröffentlichen. Über neun Jahre haben sie sämtliche aktiven Gene von mehr als 1.000 Grünalgen, Moosen, Bärlappgewächsen, Farnen, Nacktsamern und Blütenpflanzen mittels enormer Rechentechnik analysiert. Anschließend wurden die Gene und Genfamilien in Stammbäumen angeordnet und die pflanzlichen Verwandtschaftsbeziehungen entschlüsselt. Anhand der vorgelegten Daten lässt sich so umfassend wie niemals zuvor nachvollziehen, wie und wann Pflanzen die Fähigkeit gewannen, der Schwerkraft trotzend in die Höhe zu wachsen oder Samen, Blüten und Früchte zu produzieren.

Über die Studie: Leebens-Mack J. H., A Phylogenomic View of Evolutionary Complexity in Green Plants. Nature (2019). doi: 10.1038/s41586-019-1693-2