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Glockenblumen-Praktikum

Blog _Kleinpeter

Dorothea Kleinpeter studiert Molekulare Biowissenschaften (Schwerpunkt Evolution und Ökologie) an der Universität Heidelberg. Am Naturkundemuseum stieg sie im Rahmen eines 6-wöchigen Praktikums mit einem eigenen kleinen Projekt in die Forschung ein.

Ein Praktikum im Naturkundemuseum? Für die meisten Biologie-Studierenden meiner Generation würde sich diese Frage nicht unbedingt stellen. Angesagt sind jetzt Neurowissenschaften, Zellbiologie oder Genetik – je molekularer, desto besser! Meine Zukunftsvorstellung sah nach dem Abitur ganz ähnlich aus. Als ich jedoch ein Freiwilliges Ökologisches Jahr in der Zooschule Heidelberg zwischen Bachelor und Master einlegte, kam ich zum erstem Mal mit dem Thema Bildung in Berührung und meine Interessen verschoben sich: Im Masterstudium verlegte ich meinen Schwerpunkt hin zur Organismischen Biologie, mit der Absicht, damit später in Umweltbildungseinrichtungen arbeiten zu können. Im dritten Semester steht es uns frei, einen Ort für ein sechswöchiges Praktikum auszuwählen. Die Möglichkeit, dies in einem Museum machen zu können, war für mich traumhaft! Hier trifft Forschung auf Bildung, Neugier auf Wissenschaft. Durch Besuche der Ausstellung, sowie die Teilnahme an Führungen lernte ich das Museum aus Sicht der Besucher kennen. Durch das Praktikum konnte ich einen Blick hinter die Kulissen werfen und dabei die riesigen Sammlungen bewundern und sogar ein kleines bisschen selber forschen!

 

Mein Projekt

Ich wollte herausfinden, wann die heute existierenden Glockenblumen entstanden sind, wie sie miteinander verwandt sind und damit das Verständnis der Gebirgsbesiedelung dieser Gattung erweitern. Dazu bestimmte ich einige Glockenblumen aus der botanischen Sammlung des Museums, generierte Daten zu deren Erbgut und erstellte damit einen Stammbaum, der sowohl die Verwandtschaftsverhältnisse als auch das Alter der Arten anzeigte.

 

Das Bestimmen

Das Bestimmen der Arten entpuppte sich als schwierigster Teil und nagelte mich einige Zeit am Schreibtisch hinter ganzen Türmen von Bestimmungsbüchern fest. Mit welcher Ausdauer und Geduld Taxonomen morphologische Merkmale studiert haben müssen, ist für mich unvorstellbar und bewundernswert.

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Bestimmung der Glockenblumen aus der Sammlung des Museums

 

Laborarbeit

Um das Erbgut zu untersuchen, ging es erst einmal ins Labor. Von acht der zuvor bestimmten (oder eben auch unbestimmbaren) Glockenblumen-Belege entnahmen wir – der Botaniker Dr. Mike Thiv, die Technische Assistentin Anne Kristin Schilling und ich –ein winziges Stück. Das genügt schon, um daraus Erbgut zu isolieren und anschließend zu vervielfältigen. Letzteres klappte allerdings erst beim zweiten Anlauf, weil ich mich von einer unklar beschrifteten Reaktionskomponente austricksen lies: Was vermeintlich ein Enzym (=Bio-Katalysator) war, entpuppte sich als langweiliger Puffer! Im Labor ist das dann nicht anders als beim Backen: Fehlen die Eier, wird für gewöhnlich nichts aus dem Kuchen! Beim zweiten Versuch war ich jedoch vorbereitet und die Vervielfältigung des Erbguts klappte.

Bild Kleinpeter 2

Laborarbeit mit dem Erbgut der Glockenblumen

Anschließend wurde die Probe in einem Speziallabor in Berlin „sequenziert“. Unser Erbgut ist nämlich nichts anderes als eine sehr lange Aneinanderreihung von gerade einmal vier verschiedenen Bausteinen. Jedes Lebewesen der Erde besitzt eine spezifische Abfolge dieser Bausteine – allein diese entscheidet darüber, ob es sich bei dem Lebewesen um eine schöne Glockenblume oder einen hässlichen Glöckner handelt.

Der Stammbaum – ab an den Rechner!

Bei einem Stammbaum geht man davon aus, dass sich nahe verwandte Arten untereinander mehr ähneln als entfernter verwandte. Je weniger Unterschiede es zwischen zwei Vertretern gibt, desto weniger Verzweigungspunkte trennen sie und sie rücken im Baum näher zusammen.

Zusammen mit den Doktorandinnen Cornelia Krause und Christina Schüßler fütterte ich neben den selbst erhobenen Sequenzdaten noch 99 weitere Glockenblumen-Sequenzen, die von anderen Wissenschaftlern veröffentlicht wurden, einem Computerprogramm mit dem klangvollen Namen BEAST, das mir nun endlich den ersehnten Stammbaum ausspuckte.

Dieser stelle sowohl die Verwandtschaftsbeziehungen als auch das Alter der Arten dar. Es zeigte sich, dass die heutigen Glockenblumen-Arten verhältnismäßig jung sind. Jung bedeutet hier ca. 0.5 – 2 Millionen Jahre! Zum Vergleich: Ginkgo als“ lebendes Fossil“ ist sehr alt und hat schon vor ca. 170 Millionen Jahren existiert!

Wieso ist es nun so, dass anscheinend alle untersuchten Glockenblumen so jung sind? Hier lohnt sich eine kleine Zeitreise zurück zu dem Punkt, an dem die Arten entstanden sind. Welche Bedingungen haben damals geherrscht? Welche Ereignisse könnten die Entstehung, Ausbreitung und Zurückdrängung einer Art beeinflusst haben?

Sehr wahrscheinlich sind die starken Klimaschwankungen des Pleistozäns und dabei besonders die Eiszeiten verantwortlich. Die Vergletscherungen könnten Populationen einer Art voneinander trennen, sodass kein Austausch zwischen den Individuen der räumlich getrennten Gruppen mehr stattfand. Dauert diese Isolation über viele Generationen an, kann es passieren, dass sich die ursprünglich zur gleichen Art gehörenden Individuen nicht mehr untereinander fortpflanzen können – eine neue Art ist entstanden.

Glockenblumen sind eine sehr artenreiche Gruppe, von denen außerdem auffällig viele Vertreter in Gebirgen vorkommen. Es stellte sich für uns also die Frage, ob die Glockenblumen die Gebirge einmal oder mehrfach besiedelt haben. Unsere Daten weisen darauf hin, dass dieser Schritt tatsächlich mehrfach unabhängig voneinander entstanden ist: Im Stammbaum fanden sich nahe verwandte Arten auch im gleichen Gebiet. Dabei gab es sowohl gebirgsbesiedelnde, als auch im Flachland wachsende Arten – folglich hat das Ereignis der Gebirgsbesiedelung aus dem Flachland mehrfach stattgefunden. Auf einen Austausch zwischen verschiedenen Gebirgen geben die Daten des Stammbaums dagegen keinen Hinweis: es wurde keine engere Verwandtschaft zwischen zwei gebirgsbesiedelnden Arten gefunden, die geographisch entfernt voneinander verbreitet sind.

Zusammenfassend beschreibt die Graphik die Vorgänge, die stattgefunden haben und den erhaltenen Stammbaum erklären:

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Fazit

Trotz der begrenzten Zeit konnte ich aus dem kleinen Projekt sehr viel herausholen, lernte eine Unmenge und hatte dabei noch eine Riesenportion Spaß!

 

Literatur

Knoop, V., Müller, K., Gene und Stammbäume – Ein Handbuch zur molekularen Phylogenetik. Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin, 2009(2. Aufl.).

Andreas Bresinsky, Christian Körner, Joachim W. Kadereit, Gunther Neuhaus, Uwe Sonnewald: Strasburger – Lehrbuch der Botanik. Begründet von E. Strasburger. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2008 (36. Aufl.) ISBN 978-3827414557

http://www.nature.com/nature/journal/v423/n6942/abs/423821a.html

Alarcon, M., et al., Phylogenetic and phylogeographic evidence for a Pleistocene disjunction between Campanula jacobaea (Cape Verde Islands) and C. balfourii (Socotra). Mol Phylogenet Evol, 2013. 69(3): p. 828-36.

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