Schon gewusst? Unkräuter sind „Kinder“ der Landwirtschaft

Es ist eine Evolution im Eiltempo: Je stärker die Intensivierung der Landwirtschaft vorankommt, desto schneller passen sich einige Wildpflanzen an das neue Ökosystem auf dem Acker an. Diese Erkenntnis stammt aus genetischen Analysen von heutigen und bis zu 200 Jahre alten Proben des Raufrucht-Wasserhanfs, einer in Nordamerika heimischen Wildpflanze. Ursprünglich war die Pflanze kein schädliches Unkraut. Doch das hat sich geändert.

Herbarien-Proben als Tor zur Vergangenheit

Wasserhanf-Pflanzen aus den vergangenen zwei Jahrhunderten fanden die Forscher:innen in Herbarien - alten Pflanzensammlungen, die gepresste und getrocknete Exemplare dieser Art enthielten. Durch den Vergleich der Sequenzinformationen dieser Proben mit heutigen Exemplaren des Wasserhanfs gelang es, die erstaunliche Evolution dieser Pflanzenart nachzuvollziehen.

Mehrere hundert Mutationen seit Beginn der intensiven Landwirtschaft

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Das Forscherteam konnte so nachweisen, dass eine unkrautartige Variante des Wasserhanfs sich von Westen nach Osten in Nordamerika verbreitet hat. Bei dieser „Wanderschaft“ tauschte die Pflanze wiederholt Erbgut mit lokalen Populationen aus und konnte sich so an die jeweiligen Ortsbedingungen bestens anpassen. Die Forscher:innen fanden Mutationen in mehreren hundert Genen, die unter anderem die Toleranz der Pflanze gegen Trockenheit und Herbizide stärken. Auch die Wachstums- und Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Pflanze beschleunigte sich durch die Genveränderungen. Alles typische Merkmal von hartnäckigen Unkräutern. Treiber dieser Entwicklung war die moderne Landwirtschaft, die die Pflanze einem großen Selektionsdruck ausgesetzt hat.

"Die Häufigkeit von an die moderne Landwirtschaft angepassten Genvarianten ist seit der Intensivierung der Landwirtschaft in den 1960er Jahren bemerkenswert schnell angestiegen“, so fasst die beteiligte Forscherin Julia Kreiner von der University of British Columbia die Ergebnisse zusammen.

Fünf zusätzliche Herbizidresistenzen

Vor allem die Herbizidresistenzen des heutigen Wasserhanfs machen den Landwirten Sorgen. Fünf von sieben nachgewiesenen Resistenzgenen hat die Pflanze erst in den letzten 60 Jahren erworben. Dies hatte auch Einfluss auf die Reproduktionsrate der Pflanze: Sie produziert seit den 1960er Jahren durchschnittlich ca. 20 Prozent mehr Nachkommen. Das Unkraut lässt sich so kaum noch von den Äckern vertreiben.

„Diese Studie wurde zwar mit nordamerikanischen Proben durchgeführt, aber wir haben in Europa ähnliche Probleme mit Herbizidresistenzen. Unsere Studie kann daher als Blaupause dienen, um auch in Europa die Umwandlung von harmlosen Wildpflanzen in problematisches Unkraut besser zu verstehen," so der beteiligte Forscher Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen.

Quelle:
 Julia M. Kreiner, J. G. et al. (2022): „Rapid weed adaptation and range expansion in response to agriculture over the past two centuries“. In: Science, 378 (8. Dezember 2022). Doi: 10.1126/science.abo7293

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Titelbild: Wasserhanf konkurriert mit den Kulturpflanzen um Licht, Wasser und Nährstoffe. Daher bleiben die Maispflanzen (rechts) im Wachstum zurück. Ohne das Unkraut entwickeln sich die Maispflanzen schneller (links). (Bildquelle: © Julia Kreiner / University of British Columbia)