Die Uhr der Evolution

Im Schatten der Dinosaurier entstanden die ersten Samenpflanzen (Bild aus André und Vogellehner, Wir entdecken die Vorzeit, Herder-Verlag, Freiburg)

Die Evolution auf unserer Erde hat eine Geschichte von fast 5 Milliarden Jahren. Die Vielfalt der heutigen Pflanzenwelt ist nicht über Nacht entstanden, sondern im Laufe eines langen Evolutionsprozesses, der vor über 2 Milliarden Jahren mit der Entstehung der sogenannten Blaualgen (richtiger Cyanobakterien) begann und vor etwa 100 Millionen Jahren mit der explosionsartigen Entstehung der Blütenpflanzen seinen vorläufigen Höhepunkt fand. Warum "vorläufiger Höhepunkt"? Nun, die Evolution hört nie auf, auch jetzt noch entstehen und vergehen Arten (wobei zur Zeit das Vergehen leider die Oberhand hat...).

Will man verstehen, woher die heutigen Arten herstammen, muss man diese Geschichte kennen. Eine Schlüsselrolle dabei sind sogenannte "lebende Fossilien", das sind Arten, die aus früheren Erdaltern übriggeblieben sind. An diesen "Urpflanzen" kann man das, was man von fossilen Funden her weiß, überprüfen und ergänzen. Man kann aber mit diesen "Urpflanzen" auch noch Experimente durchführen. Beispielsweise kann man die Gene dieser "Urpflanzen" untersuchen und mit den Genen "moderner" Pflanzen vergleichen. Daraus lassen sich nicht nur Verwandtschaftsverhältnisse bestimmen. Da die Evolution ja auf erblichen Veränderungen beruht (Eigenschaften eines Organismus, die nicht auf die nächste Generation vererbt werden, führen ja nicht zu dauerhaften Veränderungen), kann man in den Genen die Spuren des Evolutionsvorgangs unmittelbar nachverfolgen und so der Evolution "bei der Arbeit" zusehen.

Aus diesem Grund werden im Botanischen Garten solche "Urpflanzen" kultiviert und auch intensiv für die Forschung genutzt.

Primitive Samenpflanzen

Die kleinen palmenartigen Pflanzen aus der Gruppe der Bennettitidae starben später aus, aber die sehr ähnlichen Palmfarne der Gattung Cycas überlebten

Blüte der Urpflanze Gnetum gnemon - ein Schlüsselobjekt für die pflanzliche Evolutionsforschung

Ein besonders schwieriges Gebiet ist die Entstehung der ersten Samenpflanzen aus farnartigen Vorläufern. Schwierig auch deshalb, weil es hier mehrere "Versuche" der Evolution gegeben hat, von denen viele ausgestorben sind. Manche haben zwar bis auf den heutigen Tag überlebt, allerdings nur in ganz wenigen, manchmal nur in einer einzigen Art.

Eine von diesen lebenden Fossilien ist der urtümliche Nacktsamer Gnetum gnemon. Diese Art besitzt männliche und weibliche Blüten. Bei den weiblichen Blüten gibt es mehrere Hüllorgane, von denen man vermutet, dass sie den "Vorfahren" für die uns bekannten Blütenorgane (Kelch- und Kronblätter) darstellen könnten.

Es handelt sich um eine Spezialität des Botanischen Gartens in Karlsruhe, die immer wieder von Forschern aus aller Welt nachgefragt wird. Beispielsweise hat man mithilfe unserer Gnetum-Bäume herausgefunden, woher die sogenannten MADS-Box Gene stammen, das sind Gene, die in den Blütenorganen angeschaltet werden und dafür verantwortlich sind, dass aus einem Blütenblatt ein Kron- oder ein Kelch-, ein Staub- oder ein Fruchtblatt wird.

Publikationen, die so entstanden sind:

Becker, A., Winter, K.U., Meyer, B., Saedler, H., Theißen, G. (2000) MADS-Box Gene Diversity in Seed Plants 300 Million Years Ago. Mol. Biol. Evol. 17, 1425-1434 - es wird gezeigt, dass schon vor 300 Millionen Jahren, also noch früher als man es fossil nachweisen kann, die später für die Blütenorgane wichtigen Gene schon vorhanden waren.
Becker, A., Bey, M., Bürglin, T.R., Saedler, H., Theißen, G. (2002) Ancestry and diversity of BEL1-like homeobox genes revealed by gymnosperm (Gnetum gnemon) homologues. Dev. Genes Evol. 212, 452-457 - ein Blühgen, das man bisher nur von den Blütenpflanzen kannte, ist bei Gnetum gnemon schon vorhanden und die verschiedenen Abschnitte, die dieses Gen für seine Funktion braucht, sind erhalten. Es steht daher zu vermuten, dass dieses Gen eine ähnliche Funktion hat.
Becker, A., Kaufmann, K., Freialdenhoven, A., Vincent, C., Li, M.A., Saedler, H., Theißen, G. (2002) A novel MADS-box gene subfamily with a sister-group relationship to class B floral homeotic genes. Mol. Genet. Genomics 266, 942-950 - eine Gruppe von Blühgenen, das die Bildung von Kron- und Staubblättern steuert, ist schon bei Gnetum gnemon nachgewiesen. Das zeigt, dass schon sehr früh in der Evolution selbst die genetischen Details der Blütenbildung vorhanden waren (obwohl die Blüten in dieser Form noch gar nicht existierten). In der Evolutionsbiologie spricht man von Präadaptation (Vor-Formung - etwas ist schon angelegt und wird für etwas anderes genutzt und dann "umdefiniert").

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