Wolfgang Klemmstein

Altruismus bei Pflanzen?

Wolfgang Klemmstein

Unterrichtsvoraussetzung:
Evolutionsbiologie: Konkurrenz, Altruismus, Gesamtfitness (direkte und indirekte Fitness)
Lösungshinweise und Anforderungsbereiche:
Aufgabe 1
Die Verhaltensökologie geht bei der evolutiven Erklärung von angeborenem Verhalten von der Gesamtfitness eines Individuums aus, zu der die eigenen Nachkommen als direkter Anteil und die Nachkommen von Verwandten (unter Berücksichtigung des Verwandtschaftsgrades) als indirekter Anteil zählen. Einbußen bei der direkten Fitness können durch indirekte Fitnessgewinne ausgeglichen werden. So erklärt man sich den Verzicht mancher Tiere auf eigene Fortpflanzung (Bienen, Ameisen) oder auf eine maximale eigene Fortpflanzung bei der altruistischen Brutpflegehilfe mancher Vogelarten. Ursachen für diesen Verzicht sind meist ökologische Zwänge. (AFB I)
Aufgabe 2
Mit Nachbarn ist die Wurzelentwicklung im Versuch mit rel. 0,55 deutlich größer in der Umgebung von Fremden als mit Verwandten (0,475). Isoliert aufgewachsen zeigt das Wurzelwachstum in beiden Situationen den gleichen, nur leicht von dem in Verwandtenumgebung abweichenden Wert (Abb. 2a). Fremde Nachbarn als Konkurrenten erfordern also eine verstärkte Investition.
Auch bei der gesamten Biomasse (Abb. 2b) zeigt sich ein deutlicher Unterschied (1g ~20 bis 25%) zwischen den beiden nachbarschaftlichen Möglichkeiten. Dass Nachbarschaft jeder Art eine Konkurrenz darstellt, der mit zusätzlichem Aufwand begegnet wird, zeigt der Vergleich mit der isolierten Aufzucht: Hier entsteht ein kleinerer Pflanzenkörper (= Biomasse).
Wurzelentwicklung und pflanzliche Gesamtmasse im Kontakt mit Verwandten sind im Vergleich zu Fremden reduziert. Hierin zeigt sich eine Beschränkung der Konkurrenz gegenüber Verwandten, während mit Fremden möglichst stark um Wasser und Nährsalze konkurriert wird. Die Hypothese eines altruistischen Verhaltens bei Pflanzen wird dadurch belegt. (AFB II)
Aufgabe 3
Aufgrund des feuchten und schattigen Lebensraums Wald ist auf eine oberirdische Konkurrenz um Licht für die Fotosynthese in den Blättern zu schließen. Wasser und Nährsalze im Boden sollten keine Mangelfaktoren darstellen.
Die Blattentwicklung (Abb.4a) ist gegenüber nichtverwandten Nachbarpflanzen stark erhöht. Dies führt zu einer verstärkten Beschattung derselben mit Verlusten bei der Fotosynthese und letztlich der Fitness. Dieses starke Konkurrenzverhalten findet sich in Anwesenheit von Verwandten nicht. Das Blattwerk ist deutlich geringer entwickelt, wodurch die Beschattung der verwandten Nachbarn vermieden wird. Die reduzierte Blattentwicklung bringt für die Pflanzen eine Einbuße an Fotosyntheseleistung, sodass für Wachstum und letztlich die Fortpflanzung weniger Energie zur Verfügung steht. Dies ist ein Beispiel für eine altruistische Einschränkung des Konkurrenzverhaltens hier gegenüber Verwandten.
Abb. 4b zeigt, dass statt in eine starke Blattentwicklung in das Wachstum des Sprosses investiert wird. Damit wird gegenseitig die Beschattung im frühen Wachstum vermieden und die Pflanzen gelangen in eine größere Höhe, in der mehr Licht vorhanden und das Beschattungsrisiko geringer ist. Auch hier zeigt sich ein Nachteil für die Pflanzen. Es wird in zusätzliches Sprosswachstum investiert und auf Fotosynthesekapazität verzichtet.
Beide Befunde machen wahrscheinlich, dass die direkte Fitness eines Individuums verringert ist. (AFB II)
Aufgabe 4
Die Versuche belegen eine reduzierte Konkurrenzsituation zwischen Verwandten, aus der direkte Fitnesseinbußen abzuleiten sind. Nur unter der Annahme, dass diese Einbußen durch eine erhöhte Nachkommenzahl von verwandten Individuen, die mit einer verwandtschaftsgradabhängigen Wahrscheinlichkeit die gleichen Gene tragen wie das betrachtete Individuum (indirekte Fitnesserhöhung), ausgeglichen oder übertroffen werden, kann ein solches altruistisches Verhalten nach dem Konzept der Gesamtfitness im Laufe der Evolution entstehen. Dies wird in...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 455 / 2020

Pflanzenevolution

Friedrich+ Kennzeichnung Schuljahr 11-13