Evolution der Myrmekophytie und Mechanismen der Artbildung in südostasiatischen Ameisenpflanzen der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae)

zurück

                                                                                                                       zurück

Projektbeschreibung

Myrmekophyten (=Ameisenpflanzen) sind ständig von Ameisen besiedelte Pflanzen und kommen nur in den Tropen vor. Die Ameisen erhalten eine Wohnstatt und Futter von der Pflanze, im Gegenzug beschützen sie "ihre" Pflanze vor Herbivoren, Pathogenen und pflanzlichen Konkurrenten. Die an Ameisenpflanzen reichste Pflanzengattung der Paläotropis ist Macaranga (Euphorbiaceae). Etwa 30 Macaranga-Arten sind obligate Myrmekophyten, die mit neun Ameisenarten der Gattung Crematogaster assoziiert sind. Sie kommen ausschließlich in Südostasien in „Sundaland“ vor, d.h. auf Borneo, Sumatra und der thai-malaiischen Halbinsel. Ziel unserer Arbeiten ist es, mit Hilfe der Molekularsystematik Fragen zur Evolution und Biogeografie der südostasiatischen Macaranga-Arten zu beantworten. Dabei kommen nukleäre (ncSSR) und plastidäre (cpSSR) Mikrosatelliten-Analysen, die vergleichende Sequenzierung individueller Loci sowie next generation sequencing Technologien (genotyping-by-sequencing, GBS) zum Einsatz.

Die ersten molekularsystematischen Studien an der Gattung Macaranga hatten zum Ziel, die Verwandtschaftsverhältnisse der myrmekophytischen Arten und ihrer nächsten Verwandten aufzuklären. Die dabei erhaltenen Stammbäume haben ergeben, dass sich die Myrmekophytie in Macaranga mehrfach unabhängig voneinander entwickelt hat. Die unerwartet geringen Unterschiede in den DNA-Sequenzdaten legen zudem nahe, dass viele der myrmekophytischen Macaranga-Arten erst in jüngerer Zeit und sehr schnell aufeinander folgend entstanden sind. Da die auf traditioneller Sanger-Sequenzierung basierenden Stammbäume nur eine mäßige Auflösung zeigen, sollen zukünftig Fragen zur Evolution der Macaranga-Crematogaster-Symbiose mit Hilfe von GBS-basierten Daten erneut aufgegriffen werden. Mit Hilfe dieses Ansatzes lassen sich die Verwandtschaftsverhältnisse auch zwischen nah verwandten Arten und sogar zwischen geografischen Populationen einzelner Arten auflösen. Die so generierten Stammbäume dienen als Grundlage für weiterführende Analysen zur räumlich-zeitlichen Evolution der Arten, u.a. um zu untersuchen, wann, wo und unter welchen Umständen die mit der Myrmekophytie assoziierten morphologischen Merkmale im Laufe der Evolution entstanden (oder auch wieder verloren gegangen) sind.

Ein zweiter Schwerpunkt unserer Forschung an Macaranga verfolgt das Ziel zu einem besseren Verständnis der Biogeografie von Sundaland beizutragen. Im Gegensatz zu den tropischen Regionen in Amerika und Afrika zeichnet sich Südostasien durch eine starke Verinselung und eine äußerst abwechslungsreiche geografische Vergangenheit aus. Insbesondere die jüngere erdgeschichtliche Entwicklung Sundalands ging mit einer Reihe von größeren geografischen Veränderungen einher. So lag während der pleistozänen Kaltzeiten der Meeresspiegel wiederholt um bis zu 200 m niedriger als heute. Zu diesen Zeiten lag der Sundaschelf frei, und die drei großen Sunda-Inseln waren Teil einer zusammenhängenden Landmasse, die sich südöstlich an den asiatischen Kontinent anschloss. Nur während der viel kürzeren Warmzeiten lag der Meeresspiegel ähnlich hoch wie heute, und die Inseln waren isoliert voneinander. Inwiefern sich diese extremen paläogeografischen Veränderungen auf die Evolution der Flora und Fauna in der Region auswirkten, wird an zahlreichen Organismengruppen untersucht. Eine zentrale Frage beschäftigt sich z.B. damit, ob die zeitweise freiliegenden Landflächen zwischen den heutigen Inseln durchgängig von Regenwald bedeckt waren und damit einen genetischen Austausch zwischen Populationen auf Borneo im Osten und Populationen auf Sumatra und der malaiischen Halbinsel im Westen ermöglichten. Um dieser und anderen Fragen nachzugehen, führen wir vergleichende populationsgenetische und phylogeografische Studien an ausgewählten Macaranga-Arten durch, die sich hinsichtlich ihrer ökologischen Ansprüche und ihrer Beziehung zu Ameisen unterscheiden.

Projektleitung

  • Prof. Dr. Kurt Weising
  • Dr Daniela Guicking

Aktuelle Projektmitarbeitende

  • Dr. Daniela Guicking
  • Irene Diebel
  • Malte Zirpel
  • Peter Hundeshagen

Laufzeit

6 / 2000 - Ende offen

Drittmittel

DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft), Bonn   http://www.dfg.de

Kooperationen

Publikationen (seit 2001)

  • Fiala, B., Slik, F., Weising, K., Maschwitz, U., Mohamed, M., Jamsari, Guicking, D. (2016) Phylogeography of three closely related myrmecophytic pioneer tree species in SE Asia: implications for species delimitation. Organisms, Diversity and Evolution 16: 39-52.
  • Guicking, D., Fiala B., Kröger-Kilian, T., Mohamed, M., Weising, K. (2013) High gene flow in two thrips-pollinated Southeast Asian pioneer trees: genetic diversity and population structure of Macaranga hypoleuca and Macaranga beccariana (Euphorbiaceae). Bot. J. Linn. Soc. 173: 606-621
  • Guicking, D., Fiala B., Weising, K. (2013) Molekularystematische Untersuchungen an südostasiatischen Ameisenbäumen. Biologie in unserer Zeit 6/2013, pp. 370-377.
  • Guicking, D., Fiala, B., Blattner, F. R., Slik, F., Mohamed, M., Weising, K. (2011) Comparative chloroplast DNA phylogeography of two tropical pioneer trees, Macaranga gigantea and Macaranga pearsonii (Euphorbiaceae). Tree Genetics & Genomes 7:573-585.
  • Weising, K., Guicking, D., Fey-Wagner, C., Kröger-Kilian, T., Wöhrmann, T., Dorstewitz, W., Bänfer, G., Moog, U., Vogel, M., Baier, C., Blattner, F. R., & Fiala, B. (2010) Mechanisms of Speciation in Southeast Asian Ant-Plants of the Genus Macaranga (Euphorbiaceae). In: Evolution in Action -- Adaptive Radiations and the Origins of Biodiversity (ed. Glaubrecht, M.). Springer, Berlin.
  • Baier, C., Guicking, D., Prinz, K., Fey-Wagner, C., Wöhrmann, T., Weising, K., Debener, T., Schie, S., Blattner, F. (2009) Isolation and characterization of eleven new microsatellite markers for Macaranga (Euphorbiaceae). Mol Ecol. Resources 9:1049-1052.
  • Bänfer, G., Moog, U., Fiala, B., Mohamed, M., Weising, K., Blattner, F.R. (2006) A chloroplast genealogy of myrmecophytic Macaranga species (Euphorbiaceae) in Southeast Asia reveals hybridization, vicariance and long-distance dispersals. Mol. Ecol. 15:4409-4424
  • Guicking, D., Rana, T.S., Blattner, F.R., Weising, K. (2006) Microsatellite markers for the palaeotropic pioneer tree genus Macaranga (Euphorbiaceae) and their cross-species transferability. Mol. Ecol. Notes 6: 245-248.
  • Bänfer, G., Fiala, B., Weising, K. (2004) AFLP analysis of phylogenetic relationships among myrmecophytic species of Macaranga (Euphorbiaceae) and their allies. Plant Syst. Evol. 249: 213-231.
  • Vogel, M., Bänfer, G., Moog, U., Weising, K. (2003) Development and characterization of chloroplast microsatellite markers in Macaranga (Euphorbiaceae). Genome 46: 845-857.
  • Blattner, F.R., Weising, K., Bänfer, G., Maschwitz, U., Fiala, B. (2001) Molecular analysis of phylogenetic relationships among myrmecophytic Macaranga species (Euphorbiaceae). Mol. Phylogenet. Evol. 19:331-344.

Qualifikationsarbeiten

  • Schlenker, Ruth (2017) Vergleichende Phylogeographie von zwei Pionierbaumarten (Macaranga hypoleuca und M. hosei, Euphorbiaceae) in Sundaland. Diplomarbeit
  • Hundeshagen, Peter (2016) Erstellung einer datierten Phylogenie myrmekophytischer Macaranga-Arten mit Hilfe von ITS- und phyC-Sequenzen. Bachelor-Arbeit
  • Schüßler, Sarah (2014) Etablierung von nukleären Mikrosatellitenmarkern für Macaranga gigantea und M. pearsonii (Euphorbiaceae). Bachelor-Arbeit
  • Zirpel, Malte (2014) Phylogeographie von Pionierbaumarten der Gattung Macaranga auf Sumatra und Borneo. Diplomarbeit
  • Pinus Hauser (2013) Phylogeographische Untersuchungen an tropischen Pionierbäumen der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae) in Nordwest-Borneo, Diplomarbeit.
  • Fee Becker (2013) Genetische Diversität von Pionierbaumarten der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae) entlang eines 50 km-Transekts im Danum Valley (Sabah, Nord-Borneo), Diplomarbeit.
  • Janine Wojacki (2011) Genetische Diversität von Pionierbaumarten der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae) in Nordwestborneo, Diplomarbeit.
  • Bänfer, Gudrun (2008): Molekulare Studien zur Evolution der Myrmekophytie in der Gattung Macaranga (Euphoribiaceae), Promotion.
  • Dorstewitz, Wiebke (2008): Populationsgenetik von Arten der Gattung Macaranga, Sektion Pachystemon, in Südostasien, Diplomarbeit.
  • Fey-Wagner, Christina (2007): Genetische Diverstität und kleinräumige Differenzierung in einer Primärwaldpopulation der südostasiatischen Pionierbaumart Macaranga hypoleuca (Euphorbiaceae), Diplomarbeit.
  • Kröger, Tim (2006): Genetische Diversität und Populationsstruktur der Ameisenpflanzenarten Macaranga hypoleuca und Macaranga beccariana (Euphorbiaceae) in Südostasien, Diplomarbeit.
  • Heidsiek, Michael (2003): Molekularsystematische Studien in der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae) auf der Basis nichtkodierender Chloroplasten-DNA, Diplomarbeit.
  • Vogel, Miriam (2002): Entwicklung und Charakterisierung von Chloroplasten-Mikrosatellitenmarkern für die Ameisenpflanzengattung Macaranga (Euphorbiaceae), Diplomarbeit.

zurück (Kopie 1)

                                                                                                                       zurück