Die Entstehung der Pflanzenwelt

Lebewesen sind in ihrer natürlichen Umwelt verschiedenen Faktoren ausgesetzt, die sie immer wieder an ihre Grenzen führen. Nahrungserwerb (Photosynthese, Nährstoffe aufnehmen), Fortpflanzung (Blüten produzieren und Bestäuber anlocken), Kontakt mit anderen Individuen (Fressfeinde, Viren, Pilze und Nachbarpflanzen in Schach halten) und das liebe Wetter bzw. Klima (Dürre und Dauerregen, Sturm, Kälte) sorgen dafür, dass nur die gut angepassten Individuen überleben und erfolgreich ihre Gene weitergeben können – zum Fortbestand der Art.

Photosynthese betreibende Pflanzen sind die Grundlage des Lebens auf der Erde. Man schätzt, dass weltweit bis zu 500.000 Pflanzenarten gibt. Bisher sind „nur“ knapp 400.000 entdeckt und beschrieben worden. Von diesen bekannten Pflanzenarten werden vom Menschen etwa 20.000 in irgendeiner Weise genutzt – als Nahrungs-, Heil- oder Faserpflanze oder als Baumaterial.

#####text#####

Von diesen 20.000 sind es wiederum nur etwa 500, die als „Kulturpflanzen“ verwendet werden. Sie werden zu bestimmten Zwecken gezüchtet und ihre für den Menschen nützlichen Eigenschaften werden dadurch ständig verbessert. Im Fokus stehen höherer Ertrag, größere Schädlingsresistenz, bessere Anpassung an Umweltveränderungen wie zum Beispiel Trockenheit. Dieser Art der künstlichen Evolution steht die natürliche Evolution gegenüber.

Pflanzen erobern das Land

Mit der Entstehung der Erde vor 4,6 Milliarden Jahren begann auch die Entwicklung der Natur. Etwa vor 4 Milliarden Jahren (Präkambrium) bildeten sich die ersten einzelligen Lebewesen in den heißen, mit Eisen und Schwefel durchsetzten Urozeanen. Mit dem Beginn der Photosynthese vor mindestens 2,3 Milliarden Jahren änderte sich die Atmosphäre grundlegend: Sauerstoff war jetzt in der bis dahin anoxischen Atmosphäre aufgetaucht und wirkte auf viele der damals vorhandenen Lebewesen giftig. In der Folge änderte sich auch die bis dahin existierende Flora und Fauna und passte sich an die neuen Lebensbedingungen an.

#####1#####

Für das ausgehende Ordovizium (Beginn vor etwa 485 Millionen Jahren, Ende vor 444 Millionen Jahren) vermutet man seit neuerem das Auftreten der ersten Landpflanzen, wahrscheinlich Moose. Im Laufe des Silur (vor etwa 444 bis 420 Millionen Jahren) erschienen die ersten Gefäßpflanzen, die gegenüber den einfach gebauten Vorgängern über ein ausgeklügeltes Leitungssystem verfügten. Im Devon (420 bis 359 Millionen Jahre) kamen auch die ersten, amphibisch lebenden Wirbeltiere auf dem Land an. Auch traten vermutlich die ersten geflügelten Insekten auf. Im Karbon (359 bis 299 Millionen Jahre) bildeten Farne, Schachtelhalme und Bärlappe bereits riesige Wälder, die als Steinkohleflöze z.B. im Ruhrgebiet und im Saarland abgebaut wurden. Das bisher größte Aussterbe-Ereignis fand an der Grenze vom Perm (299  bis 251 Millionen Jahre) zur Trias (251 bis 201 Millionen Jahre) statt und gilt heute als Markierung des Übergangs vom Erdaltertum zu Erdmittelalter („Perm-Trias-Grenze“ vor 251 Mio. Jahren). Es ging vermutlich einher mit ausgedehnten Vulkanausbrüchen (Flutbasalte, sogenannter Sibirischer Trapp), die das Klima nachhaltig veränderten, sowie anderen, bisher nicht vollständig geklärten Ursachen. Etwa drei Viertel aller Landlebewesen starben zu dieser Zeit aus, sowie ein Großteil der Meereslebewesen.

Evolution der Blütenpracht

Die ersten Bedecktsamer betraten in der Kreidezeit (145 bis 66 Millionen Jahre) die Bühne. Am Übergang zur Erdneuzeit (Kreide-Tertiär-Grenze) kam es erneut zu einem Massenaussterben vor etwa 66 Millionen Jahren, dem auch die Dinosaurier zum Opfer fielen. Im Gegensatz zur Perm-Trias-Grenze sind hier die Anzeichen für einen Meteoriteneinschlag als Anstoß für das Aussterbe-Ereignis wahrscheinlicher, belegt durch ein relativ hohes Iridiumvorkommen in den in Frage kommenden Gesteinsschichten. Iridium ist ein auf der Erde sehr seltenes Metall, während es in extraterrestrischen Körpern häufiger vorkommt. In der Erdneuzeit (Paläogen, vor 66 Millionen Jahren, bis heute/Holozän) breiteten sich die Säugetiere und Blütenpflanzen weiter aus, durch die Eiszeiten entstanden die heute bekannten Verteilungen von Tieren und Pflanzen.

#####2#####

Massenaussterben

Insgesamt kennt man heute 15 große Aussterbe-Ereignisse, konnte aber die Gründe dafür bisher nicht restlos klären. Als Ursachen gelten vor allem Klimaveränderungen, Vulkanausbrüche, Meteoriteneinschläge. Zudem sind bei Aussterbe-Ereignissen hoch spezialisierte Lebensformen besonders stark betroffen, wie zum Beispiel die Dinosaurier. Anpassungsfähige Lebensformen wie etwa Bakterien sind bisher von solchen Ereignissen in ihrer Gänze verschont geblieben. Aussterbe-Ereignisse sind wichtige evolutive Vorgänge: Nach dem Verschwinden ganzer Gruppen von Lebewesen verbreiten sich die überlebenden Arten anschließend stark und spezialisieren sich, indem sie sich an die vorhandenen Umweltbedingungen anpassen (adaptive Radiation). Es entstehen wiederum neue Arten.

Heutzutage vermutet man, dass sich bis zu 13,6 Millionen Arten auf der Erde befinden könnten, manche Schätzungen gehen bis zu 30 Millionen Arten. Davon sind allerdings bisher weniger als 2 Millionen Arten beschrieben, davon etwa 18 Prozent Pflanzen. Besonders viele Arten befinden sich in den sogenannten „Biodiversitäts-Hotspots“ wie den tropischen Regenwäldern und den Korallenriffen. In diesen Bereichen herrschen seit vielen Jahrhunderten ganzjährig annähernd gleichbleibende Temperaturen. Sonne und Wasser sind in Mengen vorhanden, es konnte sich über die Jahrhunderte hinweg ein strukturreiches Ökosystem mit vielen „ökologischen Nischen“ entwickeln.

Der menschliche Einfluss

Seit der Mensch die Bühne betreten hat (älteste Funde werden auf ungefähr 300.000 Jahren datiert, der erste Homo sapiens erschien in Mitteleuropa vor etwa 36.000 Jahren), hat er auch massiven Einfluss auf die Evolution genommen. Zunächst wirkte er als Jäger, der jagdbare Tiere verfolgte sowie Pflanzen sammelte und somit ihren Bestand beeinflusste, auf die ihn umgebende Natur ein. Aber besonders in den letzten 12.000 Jahren, als der Mensch zunehmend sesshaft wurde, veränderte er die Landschaft um sich herum immer stärker und beeinflusste die Entwicklung der Pflanzen, die er anbaute sowie die der Tiere, die er hielte, indem er sie nach bestimmten Eigenschaften auswählte.

#####3#####

Die Neolithische Revolution

Die „Neolithische Revolution“ hat ihren Ursprung unter anderem in der ausklingenden Eiszeit. Während der Eiszeiten war das Jagen und somit die Beweglichkeit bzw. Möglichkeit des Ausweichens bei klimatisch ungünstigen Bedingungen oder bei Nahrungsmangel die günstigere Ernährungsweise. Als das Klima wärmer und feuchter wurde, gab es jahreszeitlich bedingt Pflanzen im Überfluss, so dass es sinnvoll wurde, Pflanzen anzubauen und zu pflegen (wässern, düngen), um immer genügend Nahrung zur Verfügung zu haben. Diese Entwicklung hat vermutlich im „Fruchtbaren Halbmond“ in Mesopotamien (heute Irak) ihren Anfang genommen. Der Beginn des Anbaus von Pflanzen und somit auch der Pflanzenzüchtung begann mit Süßgräsern wie Gerste (Hordeum vulgare), Emmer (Triticum dicoccum), Einkorn (Triticum monococcum), den Urformen des Weizens (Triticum aestivum) und später auch Roggen (Secale cereale). Von hier breitete der Anbau sich nach Europa aus. Mitteleuropa wurde schätzungsweise um 5.500 vor Chr. „neolithisiert“, wobei die aus dem Süden einwandernden Bauern auch ihre Tiere und Pflanzen mitbrachten. Durch Einkreuzung von Wildgräsern entwickelten sich nach und nach die bekannten Getreidesorten. Die genetischen Vorfahren unserer Nutzpflanzen stammen also größtenteils aus dem Mittelmeerraum und dem Nahen Osten.

Aus Jägern werden Pflanzenzüchter

Um die Erträge weiter zu steigern, denn mit der Landwirtschaft ging auch eine Zunahme der Bevölkerung einher, begann man, Pflanzen gezielt zu züchten. Züchtung bedeutet eine bewusste Auswahl und Kreuzung zweier Individuen mit erwünschten Eigenschaften. Die Eigenschaften der Pflanze sollen damit speziell den Wünschen der Menschen angepasst werden. Die durch Kreuzung entstandene Tochtergeneration, die die gesuchten Eigenschaften beider Elternteile besitzt, wird anschließend vermehrt (positive Massenselektion), alle „schlechten“ Pflanzen werden entfernt. Die ausgewählten Pflanzen werden wiederum zusammen angebaut, bis sich innerhalb einer Pflanze möglichst viele dieser Eigenschaften wiederfinden. Diese Selektion oder selektive Züchtung ist die älteste Form der Pflanzenzüchtung.

Anbruch des Genom-Zeitalters

Aus dieser Art von Züchtung entwickelten sich viele Jahrhunderte später im Zuge der Entwicklung der Naturwissenschaften weitere Züchtungsformen. Die Vererbung von Merkmalen, die nur von einem Gen bestimmt werden, wurden erstmals von Gregor Mendel (1822 - 1884) an der Gartenerbse (Pisum sativum) und der japanischen Wunderblume (Mirabilis jalapa) erforscht und formuliert. Die Ziele verfeinerten sich: Gezüchtet wurde nicht mehr nur, um den nächsten Winter zu überleben, sondern auch, um den übrig bleibenden Ertrag zu verkaufen. Daher änderte sich der Fokus: Jetzt ging es darum, möglichst viele Individuen einer Art mit einem weitgehend einheitlichen Genom zu bekommen, das die gewünschten Eigenschaften enthält. Diese Eigenschaften sind hoher Ertrag, gute Qualität, guter Geschmack, Genügsamkeit in Bezug auf Wasser, Nährstoffe und sonstige Standortansprüche, Resistenz gegenüber Krankheiten und Schädlingen.

#####text2#####

Diese Forschung übernahmen zunehmend eigens dafür gegründete Institute, so dass die Bauern immer weniger an der Züchtung beteiligt waren und stattdessen Saatgut von den Züchtern kauften und anbauten.

Im Laufe der Fünfziger Jahre des 20. Jahrhunderts entwickelte sich die sogenannte Grüne Revolution. Mit modernen Labormethoden der Pflanzenzüchtung wurden die ersten Hochertragssorten erzeugt, die bei geringerem Düngereinsatz gute Erträge brachten. Die nächste Revolution in der Pflanzenzüchtung war die „Grüne Gentechnik“, bei der gezielt in das Erbgut eines Lebewesens eingegriffen wird. Damit können bestimmte gewünschte Eigenschaften statt durch züchterische Auslese, die oft über den Phänotyp stattfindet, direkt im Genom eingebaut werden oder auch neue Eigenschaften hinzugefügt werden. Der Vorteil ist die deutlich kürzere Zeit zum Erreichen eines Zuchtziels, der Nachteil der hohe technische Aufwand sowie die möglicherweise unkontrollierbaren Folgen. Allen Verfahren gleich ist das vorangehende Entschlüsseln des Genotyps. Ihr Einsatz ist vor allem in Europa umstritten, weil unkontrollierbare Auswirkungen auf die Umwelt und den Menschen befürchtet werden.

Züchtungsmethoden heute

Die Kombinationszüchtung, bei der spezielle, reinerbige Elternteile ausgewählt und zur Zucht verwendet werden, entstand aus der „alten“ Selektionszüchtung. Die besten mischerbigen Nachkommen werden so lange selektiert bis sie selbst auch wieder reinerbig sind und als Sorte angemeldet werden können (Linienzüchtung). Die Kombinationszüchtung ist die heutzutage häufigste Zuchtform. Bei der Hybridzüchtung entstehen Hybride durch Kreuzung zweier nahezu homozygoter Inzuchtlinien, wo stark auf bestimmte Eigenschaften selektiert wurde. Deren jetzt mischerbige Tochtergenerationen besitzen die gewünschten Eigenschaften der Elterngeneration und sind zusätzlich hochertragreich (Heterosiseffekt). Bei der Klonzüchtung werden geeignete Pflanzen der Tochtergeneration mit den gewünschten Eigenschaften vegetativ, also zum Beispiel durch Stecklinge, vermehrt. Es entstehen Pflanzen, die alle ein identisches Genom haben (sogenannte Klone). Bei der Mutationszüchtung wird Saatgut gezielt mutagener Strahlung oder mutagener Chemikalien ausgesetzt. Durch die unkontrolliert erfolgenden Mutationen entstehen neue Genvarianten mit eventuellen neuen, positiven Eigenschaften, die für die Züchtung genutzt werden können. Beim smart breeding wird anhand des entschlüsselten Genoms analysiert, welcher Partner der passende ist, um auf kürzestem Wege zu der Pflanze mit den gewünschten Eigenschaften zu kommen.

#####5#####

Der Mensch als Evolutionsfaktor

Neben der Züchtung neuer Sorten und der Einführung neuer Methoden beeinflusst der Mensch die Evolution natürlich auch durch die starke Nutzung („Übernutzung“) der gesamten Natur. Verschmutzung und Zerstörung der Ökosysteme, Umgestaltung von Landschaften zum Beispiel durch Bergbau und Rodung, gezieltes Bejagen und Ausrotten von Tieren und exzessives Pflanzensammeln haben zu einem neuen Massenaussterben unter den Tier- und Pflanzenarten geführt und dem aktuellen Zeitalter (dem „Anthropozän“) einen unverkennbaren Stempel aufgedrückt.

Aber der menschliche Einfluss hinterlässt auch Spuren in der DNA: Durch Umweltverschmutzung, freigesetzte Radioaktivität sowie durch erhöhte UV-Strahlung durch die Zerstörung der Ozonschicht kann das Auftreten von Mutationen begünstigt werden. Populationen werden getrennt, so dass auch hier die Bildung neuer Arten gefördert wird, sofern sie nicht vorher ausgerottet werden. Tiere und Pflanzen reisen per Flugzeug, Schiff und LKW um die Erde, andere Tiere passen sich dem Bejagungs-Druck an. So treten zum Beispiel in Afrika vermehrt Elefanten ohne Stoßzähne auf, weil diese nicht verfolgt werden und somit eine höhere Überlebenschance haben (Selektionsdruck). Durch all diese Einflüsse geht der zukünftige Trend zu artenärmeren Ökosystemen, die vor allem von Arten bevölkert werden, die gut mit dem Menschen zurechtkommen oder sogar von ihm profitieren wie Kulturpflanzen, stickstoffliebende Pflanzen (Brennnessel, Brombeere, Holunder) oder Tiere, die vom Nahrungsangebot des Menschen leben (Mäuse, Ratten, Kakerlaken, Waschbären, Füchse, Wildschweine).

Die Evolution geht also munter weiter. Der Mensch kann sie nicht aufhalten, sondern letztlich nur sehr begrenzt mit beeinflussen, wobei die Auswirkungen sich in der Regel seiner Einflussnahme entziehen.