Blumen mögen älter sein als Dinosaurier – aber Wissenschaftler sind sich nicht einig, wann sie sich entwickelt haben
Blumen mögen zierlich aussehen – aber Blütenpflanzen, die Wissenschaftler Angiospermen nennen, gehören zu den erfolgreichsten evolutionären Organismen auf dem Planeten. Sie umfassen mehr als 350.000 bekannte Arten und dominieren das Ökosystem, formen Nahrungsnetze und spielen eine entscheidende Rolle bei der Sauerstoffproduktion. Außerdem handelt es sich bei vielen von ihnen um wertvolle Nutzpflanzen – man denke an Rosen, Getreide und Tomaten.
Haben Sie sich jemals gefragt, wann sich Blumen zum ersten Mal entwickelt haben und was sich im Laufe der Millionen von Jahren der Evolution entwickelt hat, um diese wunderschönen Arten zu kultivieren? Neuere Forschungen bringen neue Erkenntnisse zu dieser langjährigen Debatte unter Wissenschaftlern.
Wenn Sie an Fossilien denken, denken Sie wahrscheinlich an Dinosaurier und Ammoniten – Lebewesen mit Knochen oder harten Schalen, die trotz großer geologischer Veränderungen im Gestein erhalten geblieben sind. Aber auch Blüten mit zarten Blütenblättern und winzigen Pollen lassen sich konservieren, indem man sie in Bernstein einschließt, kristallisiert oder karbonisiert.
Im Allgemeinen stammen die überzeugendsten fossilen Beweise aus der frühen Kreidezeit (vor etwa 132 Millionen Jahren). Der früheste Nachweis einer Blütenknospe hat jedoch einen jurassischen Ursprung (vor etwa 164 Millionen Jahren). Es wird genannt Florigerminis jurassica und wurde in China gefunden. Aufgrund der unterschiedlichen Definitionen der Blütenorgane sind sich jedoch nicht alle Wissenschaftler einig, dass es sich um ein Angiosperm handelt.
Blumen können bis ins kleinste Detail konserviert werden. Tropfender Baumsaft und Harz versteinerten vor etwa 34 bis 38 Millionen Jahren die Blütenblätter und Pollen einer fossilen Blume in einem baltischen Nadelwald. Dies ist die größte bekannte, in Bernstein erhaltene fossile Blume. Sie misst etwa 3 cm im Durchmesser und ist etwa dreimal so groß wie die meisten Blumenfossilien. Sie zeigt wunderschöne Details dieser alten Blume.
Jura oder Kreide?
Der Zeitpunkt der Blütenentwicklung ist unter Wissenschaftlern immer noch umstritten, aber die meisten Wissenschaftler gehören einem von zwei Lagern an: dem Jura oder der Kreidezeit.
Analysen anhand molekularer Daten (DNA- oder Proteinsequenzen) deuten darauf hin, dass Blumen viel älter sein könnten, als der Fossilienbestand zeigt – ihren Ursprung im Jura (vor 145 Millionen Jahren) oder sogar im Trias (vor 201 Millionen Jahren).
Organismen verschiedener Hauptkladen (eine Gruppe von Organismen, die von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen) könnten im Laufe ihrer Entwicklung zusammenwachsen. Doch Wissenschaftler sind sich nicht immer einig darüber, welche Organismen zu welcher Evolutionslinie gehören. Wir müssen also alle Informationen kombinieren, die wir haben, um ein differenzierteres Verständnis der Entwicklung der Blumen zu erhalten.
Die Vergangenheit durch molekulare Daten entschlüsseln
Für Wissenschaftler ist es wichtig zu wissen, wann und wie Blütenpflanzen zum ersten Mal auftauchten und wann sie sich von anderen Pflanzen unterschieden. Es würde uns helfen zu verstehen, wie sich Angiospermen an unterschiedliche Umgebungen anpassten, wie sie mit anderen Organismen interagierten und wie sie auf große geologische Ereignisse wie den Klimawandel und Massenaussterben reagierten.
Eine Technik, mit der Wissenschaftler den Zeitpunkt evolutionärer Ereignisse bestimmen, ist die „molekulare Uhr“. Dieses Konzept entstand aus der Erkenntnis, dass genetische Mutationen dazu neigen, sich über die Zeit und über die Art hinweg mit konstanter Geschwindigkeit anzuhäufen. Die Mutationsrate kann mit dem stetigen Ticken einer Uhr verglichen werden.
Variationen in den Gensequenzen zwischen verschiedenen Arten können Wissenschaftlern dabei helfen, herauszufinden, wann sie von einem gemeinsamen Vorfahren abgewichen sind. Um eine molekulare Uhr zu konstruieren, analysieren Forscher Gensegmente, die während der gesamten Evolution einer Art konserviert wurden.
Beispielsweise können Forscher durch den Vergleich ihrer DNA abschätzen, wann moderne Angiospermen und ihre nächsten Verwandten wie Gymnospermen auseinander gingen. Nadelbäume sind ein Beispiel für Gymnospermen. Wissenschaftler können auch abschätzen, wie weit die Verwandtschaft zwischen zwei Angiospermenarten entfernt ist, indem sie ihre DNA vergleichen.
Das Puzzle zusammensetzen
Auch physikalische Eigenschaften können uns viel über die frühe Entwicklung von Blumen verraten. Wissenschaftler untersuchen fossile Pflanzen und beobachten die allmählichen Veränderungen von Strukturen wie Blättern, Blüten und Samen im Laufe der Zeit. Durch den Vergleich ihrer Anatomie können Forscher Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen ausgestorbenen und noch lebenden Arten oder Arten in verschiedenen Kladen identifizieren.
Dieser Ansatz weist jedoch Einschränkungen auf. Biologische Merkmale, die ähnlich erscheinen, können das Ergebnis einer konvergenten Evolution sein und eher auf Veränderungen der Merkmale zur Anpassung an die Umwelt als auf genetische Ähnlichkeit hinweisen.
Beispielsweise haben sich die Flossen von Walen und Fischen unabhängig voneinander zum Schwimmen entwickelt. Diese Flossen lassen sie vielleicht ähnlich aussehen, aber sie gehören nicht einmal derselben Evolutionsklasse an: Wale sind Säugetiere und Fische nicht. Ebenso haben die Flügel von Vögeln, Fledermäusen und einigen Insekten wie Schmetterlingen jeweils die Fähigkeit zum Fliegen entwickelt, weisen jedoch große Unterschiede in ihrer Anatomie und ihren Genen auf.
Auch ein mathematischer Ansatz kann hilfreich sein
Es gibt auch einen mathematischen Ansatz zur Schätzung des Alters von Angiospermen – beispielsweise mithilfe der Bayesian Brownian Bridge (BBB)-Methode. Dieses statistische Modell ist eine wissenschaftliche Formel, die die zeitliche Verteilung von Fossilien nutzt, um das Alter einer Gruppe abzuschätzen.
Mithilfe der BBB-Methode fand ein internationales Forscherteam heraus, dass der Ursprung der Angiospermen eine Hypothese aus der Zeit vor der Kreidezeit stützt. Dies bedeutet, dass sich Blumen möglicherweise parallel zu den Dinosauriern entwickelt und diese überlebt haben.
Dieser Befund stützt auch eine Charles-Darwin-Hypothese über Blumen – dass sie sich während der Kreidezeit rasch veränderten. Das Projekt zeigte, dass die Entwicklung der Angiospermen vor 125 bis 72 Millionen Jahren einen deutlichen Anstieg der Abstammungsakkumulation (d. h. Zweige einer Familie zeigten einen deutlichen Anstieg neuer Familien) mit sich brachte.
Das Verständnis der Ursprünge von Angiospermen gibt Wissenschaftlern wertvolle Einblicke in das komplexe Netz des Lebens auf unserem Planeten. Es kann auch Bemühungen in der Landwirtschaft und im Naturschutz leiten. Wenn Sie also das nächste Mal eine leuchtende Blume bestaunen oder eine saftige Frucht genießen, denken Sie daran, dass die Geschichte der Angiospermen eine Geschichte von Widerstandsfähigkeit, Anpassung und Schönheit ist – von denen vieles noch darauf wartet, entdeckt zu werden.
Ruolin Wu, Doktorand in Paläobiologie, Universität Bristol
