Dank des spezifischen Blüten-Duftes, der einem Sexuallockstoff gleicht, kämpfen getäusche Sandbienen-Männchen um einen Platz an einer Spinnenragwurz-Orchidee. Im Irrglauben eine Sexualpartnerin gefunden zu haben, versuchen sich die Bienen mit der Blüte zu paaren und bestäuben diese.

Foto: Florian Schiestl

Neue Arten entstehen, wenn Pflanzen- und Tierpopulationen durch Meere oder Bergzüge geografisch voneinander isoliert werden. Dies zeigte bereits Darwin vor mehr als hundert Jahren. Doch Arten können sich auch anders bilden: Bei Orchideen genügen bereits kleine biochemische Veränderungen, um neue Spezies in unmittelbarer Nähe zu einander entstehen zu lassen, wie eine internationale Forschungsgruppe nun erstmals nachweisen konnte.

Pflanzenarten teilen sich einen Gen-Pool. Dabei kann es zu Genfluss kommen - dem Austausch von genetischem Material zwischen verschiedenen Populationen einer Art. Genfluss zwischen den Populationen kann aber durch bestimmte Barrieren unterbrochen werden. Solche Barrieren sind für die Bildung neuer Arten und die biologische Diversität von zentraler Bedeutung. Um Artbildungsprozesse zu verstehen, versuchen Evolutionsbiologen die molekularen Mechanismen zu ergründen, die reproduktiven Barrieren zugrunde liegen. Insbesondere versuchen sie so genannte Barriere-Gene zu finden, also jene Gene, die solche Barrieren kontrollieren.

Bienen und Blüten

Für ihre eben im Wissenschaftsmagazin PNAS publizierte Studie untersuchte eine Forschungsgruppe unter der Leitung des Evolutionsbiologen Philipp Schlüter von der Universität Zürich die beiden Orchideenarten Ophrys sphegodes (Spinnenragwurz) und Ophrys exaltata (Adriatische Ragwurz). Beide Arten imitieren die hochspezifischen weiblichen Sexuallockstoffe der sie bestäubenden Bienenart und locken so männliche Bienen an. Im Irrglauben eine Geschlechtspartnerin gefunden zu haben, versuchen die Bienenmännchen sich mit der Blüte zu paaren und bestäuben diese dabei. Die beiden untersuchten Ragwurzarten ziehen verschiedene Bienenarten an.

Wie die Wissenschaftler jetzt nachweisen können, ist eine kleine biochemische Veränderung im Sexuallockstoff der beiden Ragwurzarten dafür verantwortlich. "Dank der unterschiedlichen Bestäuberinsekten wird der Genfluss zwischen den Orchideenarten verhindert und so die Artgrenze aufrechterhalten", erläutert Schlüter die Bedeutung des unterschiedlichen Sexuallockstoffs. So unterscheiden sich die von O. sphegodes und O. exaltata imitierten Sexuallockstoffe in der Position der Doppelbindung bestimmter chemischer Substanzen (Alkene).

Kleiner Unterschied, schnelle Entstehung neuer Arten

Schlüter und Kollegen identifizierten ein Gen, dessen Genprodukt, das Protein SAD2, Doppelbindungen in die chemischen Vorstufen der Alkene einfügt. Die Forscher können zeigen, dass Ophrys sphegodes grössere Mengen an SAD2 besitzt und somit vermehrt 9-Alkene und 12-Alkene produziert als O. exaltata. Diese Alkene locken den Bestäuber der Spinnenragwurz an, nicht jedoch jenen von O. exaltata. Da das Gen SAD2 direkt mit dem Bestäuberunterschied und der damit verbundenen reproduktiven Barriere zusammenhängt, fungiert es als Barriere-Gen mit einem grossen Effekt auf das Anlocken der Bestäuberinsekten.

Die Erkenntnis, dass die reproduktive Barriere hier nur durch wenige Gene bedingt wird, legt nahe, dass es nur einiger weniger Mutationen bedarf, um neue Bestäuber anzulocken. Die Wissenschaftler erwarten daher, dass neue Orchideenarten in verhältnismässig kurzer Zeit entstehen können. (red)