On the relationship between biotic and abiotic habitat diversity and genetic diversity of Ranunculus acris L. (Ranunculaceae), Plantago lanceolata L. (Plantaginaceae), and Anthoxanthum odoratum L. (Poaceae) within and between grassland sites

Odat, Nidal

Die Arbeit hat die Untersuchung der genetischen Diversität von drei ausgewählten Pflanzenarten (Ranunculus acris, Plantago lanceolata and Anthoxanthum odoratum) mittels molekularbiologischer Methoden (AFLP) und deren Zusammenhang zur phänotypischen Biodiversität (Artenkomposition) von Bergwiesen zum Ziel. Die genetische Diversität der drei jeweiligen Arten wurde innerhalb und zwischen verschiedenen Populationen quantifiziert. Weiterhin wurde die genetische Diversität dieser drei Arten auf Korrelationen mit der Variation in der Zusammensetzung der Pflanzengesellschaften und den abiotischen Faktoren der Wiesenflächen Mitteldeutschlands untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit vermitteln ein tieferes Verständnis über die Rolle von Biodiversität und sind deshalb bedeutsam für den Schutz der biologischen Vielfalt. In den drei untersuchten Pflanzenarten zeigt sich eine relativ hohe genetische Diversität zwischen und innerhalb lokaler Populationen beim Vergleich verschiedener Wiesenflächen. Dies deutet darauf hin, dass verschiedene Pflanzengesellschaften zur Aufrechterhaltung genetisch diverser lokaler Populationen von konstituierenden Arten tendieren. Die hohe genetische Diversität innerhalb und zwischen Wiesengesellschaften könnte auf die spezifischen Charakteristiken der untersuchten Pflanzen (z.B. Fortpflanzungs- und Verbreitungsmechanismen) und/oder die äusseren Standortsfaktoren der Habitate, auf welchen die Pflanzen siedeln, zurückzuführen sein. Die Ergebnisse zeigen, dass mit steigender Artenvielfalt in den Wiesengesellschaften sich die genetische Diversität von P. lanceolata erhöht. Andererseits ist das Verhältnis zwischen der Artenanzahl an Pflanzen in Wiesengesellschaften und der genetischen Diversität von R. acris und A. odoratum relativ schwach und auf dem 5%-Niveau nicht signifikant. Die positive Korrelation zwischen genetischer Diversität von P. lanceolata und der Artenvielfalt von Wiesengesellschaften scheint die Hypothese der Nischenvariation zu stützen, dass in hochdiversen Habitaten mehr Nischen zu Verfügung stehen, welche wiederum die genetische Diversität innerhalb der Anzahl von Arten, die diese Gesellschaft bilden, beeinflussen. Eine negative Beziehung könnte jedoch auch indirekt durch die bei höheren Artenzahlen tendenziell geringere Populationsgrösse entstehen. Andererseits könnte die geringe Anzahl an untersuchten Populationen die Ursache dafür sein, dass eine mögliche schwache Korrelation zwischen der Artenvielfalt und der genetischen Diversität von R. acris und A. odoratum noch nicht sicher nachgewiesen werden konnte (oder eine derartige Beziehung existiert für beide Arten überhaupt nicht). Desweiteren hat sich in dieser Arbeit gezeigt, dass die abiotischen Bedingungen der untersuchten Flächen die genetische Diversität von P. lanceolata deutlich beeinflussen, jedoch die von R. acris und A. odoratum nur schwach. Statistische Analysen haben ergeben, dass der Einfluss der abiotischen Faktoren auf die genetische Diversität einzelner Arten eher indirekt über die Populationsgrösse wirkt. Diese Ergebnisse lassen sich durch die unterschiedlichen selektiven Kräfte erklären, die durch die Variation der Artenkomposition der Wiesengesellschaften entstehen. Zusätzlich zeig sich, dass die die genetische Differenzierung zwischen den lokalen Populationen der Arten jeweils klein, aber signifikant ist. Das Muster der genetischen Differenzierung ist sowohl mit der Variation der Pflanzengesellschaften auf den untersuchten Flächen als auch mit abiotischen Eigenschaften, wie der Verfügbarkeit von Bodennährstoffen, korreliert. Die Korrelation ist statistisch signifikant bei R. acris und P. lanceolata, jedoch nicht bei A. odoratum. Diese Ergebnisse können durch zwei Prozesse erklärt werden. Erstens, die Variationen in den Pflanzengesellschaften und abiotischen Faktoren könnten Variationen in der selektiven Kraft hervorrufen und somit das Muster der genetischen Diversität zwischen lokalen Populationen einer Art beeinflussen. Zweitens, eine derartige ökologische Variation zwischen den Flächen könnte eine Barriere gegen erfolgreichen Austausch von Samen und Pollen (Genfluss) bilden. Diese würde zur Unterteilung der genetischen Diversität zwischen den Flächen führen. Basierend auf den Ergebnissen in meiner Arbeit kann man schliessen, dass die Assoziation zwischen Habitatdiversität und genetischer Diversität innerhalb ausgewählter Arten auf eine klare Genetik-Umwelt-Beziehung deuten. Dabei ist die Beziehung zu Habitatfaktoren und zur Artenzusammensetzung deutlich enger als zur Biodiversität schlechthin (d.h. zur Artenzahl oder einem Diversitätsindex). Beide Diversitätsebenen (genetisch und artspezifisch) scheinen in ähnlicher Weise durch die spezifischen Habitatbedingungen (Qualität und Quantität) beeinflusst zu werden. Gegenwärtige anthropogen bedingte Modifikationen der Habitatsmerkmale, wie zum Beispiel Veränderungen in der Landnutzung oder Habitatfragmentierung, würden - nach den Ergebnissen dieser Arbeit - beide Diversitätsebenen in gleicher Weise beeinflussen. Künftige Studien, die Experimente mit einer gesteuerten Manipulation der Artendiversität in ansonsten gleichen Umweltbedingungen und auch quantitative genetische Methoden, wie genetische Marker, einsetzen, sind notwendig, um die Zusammenhänge besser zu klären.

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Odat, Nidal: On the relationship between biotic and abiotic habitat diversity and genetic diversity of Ranunculus acris L. (Ranunculaceae), Plantago lanceolata L. (Plantaginaceae), and Anthoxanthum odoratum L. (Poaceae) within and between grassland sites. 2005.

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