Wie erfolgreiche Pflanzen andere in den Schatten stellen

Schnell keimen und wachsen, Konkurrenten trotzen sowie Frassfeinde abwehren – all dies, so vermuteten Ökologen bereits seit langer Zeit, seien wichtige Eigenschaften erfolgreicher Pflanzen. Allerdings galten diese Charakteristika als weniger bedeutend als andere Erfolgsfaktoren wie der Anzahl eingesäter Samen und der vorgefundenen Umweltbedingungen – etwa der Dichte der bestehenden Vegetation.

In Bern konnten jetzt Forschende des Instituts für Pflanzenwissenschaften und der Universität Konstanz zeigen, dass die erstgenannten Pflanzenmerkmale stärker als bisher angenommen über Erfolg und Misserfolg von Arten entscheiden. 

Feld- und Gewächshausexperimente kombiniert

Die hohe Anzahl untersuchter Pflanzenarten und die ausgeklügelte Kombination mehrerer Experimente ist eine Besonderheit dieser Berner Studie. In einem umfangreichen Feldexperiment säten die Ökologen mehr als 90 verschiedene heimische und exotische Pflanzenarten in 16 verschiedene Wiesen im Kanton Bern.

Dabei variierten sie die eingesäte Samenmenge und manipulierten die Störung und die Dichte der vorhandenen Vegetation. Sie dokumentierten, welche der gesäten Pflanzenarten sich schliesslich im Feld etablieren konnten.

Parallel dazu führten die Forschenden mehrere Gewächshausexperimente durch, um die Eigenschaften jeder Art möglichst genau zu charakterisieren –  von der Samengrösse, der Keimungsrate, der Wachstumsgeschwindigkeit und der Konkurrenzstärke bis zur Abwehr gegenüber Frassfeinden, wie zum Beispiel Schmetterlingsraupen.

«Obwohl man weiss, dass pflanzenfressende Tiere und Konkurrenz für die Etablierung von Arten von Bedeutung sind, werden bisher die Reaktionen von vielen verschiedenen Pflanzen darauf wegen des grossen Arbeitsaufwands kaum gemessen», erläutert Markus Fischer, Professor für Pflanzenökologie an der Uni Bern.

Kombiniert man nun die Ergebnisse aus Feld- und Gewächshaus, lassen sich die für den Erfolg wichtigsten Eigenschaften und Umweltbedingungen bestimmen.

Sieger ist, wer Frassfeinde am besten abwehren kann

Die Berner Pflanzenwissenschaftler konnten zeigen, dass sich am Anfang der Studie vor allem Arten mit einem besonders grossen Samengewicht in den Wiesen etablierten und entsprechend erfolgreich auskeimten. Auch eine grössere Samenzahl verbesserte ihre Situation.

Allerdings veränderte sich die Wichtigkeit der Faktoren im Verlauf der Studie: «Gegen Ende waren interessanterweise vor allem Eigenschaften von Bedeutung, welche die Wechselbeziehung von Pflanzen mit anderen Pflanzen oder Tieren charakterisieren», berichtet Anne Kempel, die Erstautorin der Studie. So waren Pflanzenarten, welche besonders gut gegen gefrässige Insekten geschützt sind, langfristig am erfolgreichsten.

«Unsere Ergebnisse decken sich mit den Theorien aus der Invasions- und Pflanzengemeinschaftsbiologie», erklärt Studienleiter Mark van Kleunen. Zunächst verhindere die unbelebte Umwelt, der sogenannte «abiotische Filter», die frühe Etablierung von Arten, denen gewisse physiologische Anpassungen fehlen.

Einmal gekeimte Arten müssten dann den sogenannten «biotischen Filter» passieren – das heisst sie müssen Frassfeinden, Pathogenen und Konkurrenten trotzen, um sich in einer Pflanzengemeinschaft zu behaupten. «Unsere Studie verdeutlicht, dass dieser zweite Filter von sehr grosser Bedeutung ist und zudem im Lauf der Zeit wichtiger wird», so van Kleunen.

Die jetzt in den «Proceedings of the National Acadamy of Sciences» veröffentlichte Studie ermöglicht es, die Entstehung der Artenzusammensetzung von Pflanzengemeinschaften besser zu verstehen. Die Ergebnisse können laut den Forschenden auch dazu beitragen, potentielle neue invasive Arten frühzeitig zu erkennen – etwa indem als Gartenpflanzen vorgesehene Arten vor der Zulassung zum Verkauf zunächst auf ihre Eigenschaften untersucht werden. «Durch eine solche Prävention können sich in Zukunft einige Pflanzeninvasionen in der Schweiz womöglich vermeiden lassen», so Kempel.

Bibliographische Angaben:

Anne Kempel, Thomas Chrobock, Markus Fischer, Rudolf Philippe Rohr, Mark van Kleunen: Determinants of plant establishment success in a multispecies introduction experiment with native and alien plant species. PNAS, 15. Juli 2013, doi:10.1073/pnas.1300481110/-/DCSupplemental.