Bakersches Gesetz: Warum sich invasive Pflanzen allein vermehren können

Stellen Sie sich vor, ein einzelner Samen landet auf einem kahlen Streifen am Straßenrand – Hunderte Kilometer von der Pflanze entfernt, an der er entstanden ist. Weit und breit steht keine zweite Pflanze derselben Art.

Für die meisten Blütenpflanzen wäre damit Schluss. In der Regel braucht eine Blüte Pollen von einer anderen Pflanze derselben Art, um Samen anzusetzen – ein isolierter Neuankömmling hat also keine Chance.

Einige Arten umgehen diese Hürde jedoch. Sie können Samen mit dem eigenen Pollen bilden – und manchmal sogar ganz ohne Pollen. Dann reicht eine einzige Pflanze, um an einem neuen Ort eine ganze Population zu begründen.

Eine neue Studie aus Bengaluru liefert nun überzeugende Hinweise darauf, dass genau diese Fähigkeit zu den Merkmalen gehört, die einen unauffälligen Neuzugang von einer Art unterscheiden, die sich durchsetzt und dominierend wird.

Eine Pflanze, eine ganze neue Population

Die meisten Blütenpflanzen sind auf „Zusammenarbeit“ ausgelegt: Pollen wird zwischen Individuen transportiert, damit es zur Befruchtung kommt.

Dahinter steckt ein klarer Vorteil. Wenn Pflanzen Pollen austauschen, bleibt der Genpool vielfältiger – und das begünstigt tendenziell robustere Nachkommen.

Daneben gibt es eine kleinere Gruppe von Arten, die ohne Partner auskommt. Sie setzen Samen aus eigenem Pollen an oder – in bestimmten Fällen – ohne jede Bestäubung. So kann eine einzelne Pflanze weit entfernt vom Ursprungsgebiet eine neue Kolonie starten.

Ein Prinzip namens Bakersches Gesetz

Die Idee ist nicht neu. Bereits Mitte des 20. Jahrhunderts argumentierte der Biologe Herbert Baker, dass Pflanzen, die sich ohne Partner fortpflanzen können, bessere Invasoren sein müssten.

Die Logik ist schlüssig: Wenn schon ein einzelner „verirrter“ Samen eine Population aufbauen kann, haben selbstkompatible Arten beim Erreichen neuer Lebensräume einen echten Startvorteil.

Trotzdem blieb das Konzept lange überwiegend theoretisch, weil es in freier Natur schwer nachzuweisen war. Für zahlreiche Pflanzenarten im Detail zu erfassen, wie sie sich fortpflanzen, ist aufwendig und zeitintensiv.

Baker’s law (Bakersches Gesetz) im Test: Korbblütler als Modell

Um Bakers Hypothese zu prüfen, untersuchten zwei Forschende am Indischen Institut für Wissenschaft (IISc) die Familie der Korbblütler, in der Botanik als Asteraceae bekannt.

Saskya van Nouhuys, außerordentliche Professorin am Zentrum für Ökologische Wissenschaften (CES), arbeitete dabei mit Narashiman Nagendra Rao zusammen, der zuvor als Masterstudent in ihrer Arbeitsgruppe tätig war.

Die Wahl fiel nicht zufällig auf diese Pflanzenfamilie: Sie gehört zu den artenreichsten der Welt und umfasst zugleich einige der berüchtigtsten Unkräuter.

Insgesamt stellten die Forschenden 28 Arten zusammen. Elf davon galten als invasive Arten.

Acht weitere waren zwar ursprünglich von außerhalb eingewandert, verhielten sich in der Region jedoch „unauffällig“ und breiteten sich nicht aggressiv aus. Die letzten neun Arten waren seit Langem in der Region heimisch.

Über 12 Monate Hunderte Pflanzen beobachten

Die Freilandarbeit erstreckte sich über ein ganzes Jahr. Gesammelt wurden Pflanzen in gestörten, „unaufgeräumten“ Lebensräumen – etwa an Straßenrändern und auf brachliegenden Flächen in Karnataka und Tamil Nadu.

Samen und Stecklinge von mindestens fünf Individuen je Art zogen die Forschenden auf dem Campus heran.

Einige heimische Arten ließen sich auf diese Weise kaum kultivieren; diese wurden stattdessen direkt in der Natur untersucht.

Am Ende des Projekts hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler insgesamt rund 900 Pflanzen ausgewertet.

Was unter dem Mikroskop sichtbar wurde

Dann folgte der entscheidende Vergleich: Die Forschenden stellten Blüten, die sich selbst bestäuben durften, den Blüten gegenüber, die auf „klassischem“ Weg bestäubt wurden – und prüften anschließend, welche Samen gesund genug waren, um zu keimen.

Mit fluoreszenzmikroskopischen Methoden konnten sie noch genauer hinschauen.

So ließ sich erkennen, ob ein Samen durch Selbstbefruchtung entstanden war oder durch Apomixis – eine Form der Samenbildung, die die Befruchtung vollständig umgeht.

Dieser Unterschied ist bedeutsamer, als er zunächst klingt: Ein Samen, der ganz ohne Pollen entsteht, trägt eine exakte Kopie des einzigen Elternteils. Damit kann eine einzelne Pflanze eine Population nahezu unbegrenzt „klonen“.

Auf dieser Basis ordneten die Forschenden jede Art einer Fortpflanzungsstrategie zu.

Jede invasive Art vermehrte sich ohne Partner

Das Muster war eindeutig: Alle 11 invasiven Arten konnten sich eigenständig fortpflanzen – ohne auf einen Partner angewiesen zu sein.

Die meisten heimischen Arten sowie die „gut angepassten“, aber nicht invasiven Zuwanderer konnten das nicht. Sie blieben selbstinkompatibel und brauchten weiterhin Pollen von einer anderen Pflanze, um Samen zu bilden.

„Uniparentale Fortpflanzung ist ein konzeptionell einfaches Merkmal. Es war aufregend, so klare Belege für seinen Vorteil bei invasiven Arten zu sehen“, sagte Professorin van Nouhuys.

Zwei invasive Arten änderten ihr Fortpflanzungssystem

Zwei Arten machten die Ergebnisse noch bemerkenswerter: Ageratum conyzoides und Bidens pilosa zählen innerhalb der untersuchten Gruppe zu den aggressivsten Unkräutern.

In ihrer ursprünglichen Heimat Mexiko sind beide weitgehend selbstinkompatibel und sind für Pollen auf andere Pflanzen angewiesen. In Indien – also außerhalb ihres Ursprungsgebiets – haben sie sich dagegen in Richtung einer vollständig eigenständigen Fortpflanzung verschoben.

Gerade dieser Vergleich verleiht dem Befund Gewicht: dieselbe Art, zwei Kontinente – und je nachdem, ob sie „zu Hause“ ist oder sich ausbreitet, zeigt sie gegensätzliche Fortpflanzungsgewohnheiten.

Ein Wechsel während der Invasion

Genau diese Verschiebung überraschte das Team besonders. Sie deutet darauf hin, dass sich bei der Ausbreitung in Indien vor allem jene Individuen durchsetzten, die zur Selbstbefruchtung fähig waren.

„Vor unseren Experimenten erschien mir die Idee, dass sich Fortpflanzungsstrategien während einer Invasion verschieben, sehr weit hergeholt, und ich dachte, frühere Hinweise auf solche Verschiebungen seien sehr seltene Vorkommnisse“, sagte Narashiman.

„Die Ergebnisse unserer Experimente und die unserer Mitarbeitenden haben mich vollkommen verblüfft.“

Invasive Pflanzen besser vorhersagen

Aus den Daten ergibt sich auch eine praktische Konsequenz. Programme, die eingehende Pflanzen auf Invasionsrisiken prüfen, berücksichtigen üblicherweise Faktoren wie Wachstumsrate oder die Passung zum Klima.

Nach Ansicht der Forschenden sollte auch die Fortpflanzungsstrategie auf diese Checkliste. Zu wissen, ob eine Pflanze sich allein vermehren kann, könnte helfen, den nächsten problematischen Invasor frühzeitig zu erkennen – bevor er sich überhaupt etabliert.

Das wird von Jahr zu Jahr wichtiger: Handel und Reisen transportieren Pflanzen rund um den Globus, und damit wächst auch die Zahl potenzieller invasiver Arten.

Invasive Arten verändern Ökosysteme

Die Bedeutung reicht weit über ein einzelnes Unkraut am Straßenrand hinaus. Wenn sich ein Invasor festsetzt, geraten die bereits dort lebenden Pflanzen häufig ins Hintertreffen.

Die Auswirkungen ziehen Kreise: Insekten, die von diesen Pflanzen lebten, finden weniger Nahrung – und in der Folge spüren auch Vögel und andere Tiere weiter oben in der Nahrungskette die Veränderungen.

„Invasive Arten heißen nicht ohne Grund invasiv“, sagte Professorin van Nouhuys.

„Sie etablieren sich und gedeihen dann an einem neuen Ort. Wenn das passiert, nehmen bestehende Arten ab oder verschwinden vollständig, was die gesamte Landschaft verändert.“

So kann ein einzelner Samen am Rand einer Fernstraße, wie sich zeigt, der erste Schritt einer weitreichenden Veränderung sein.