Um die Weltbevölkerung mit Nahrung zu versorgen, müssen enorme Landflächen der Erde in produktive, vom Menschen geprägte Flächen verwandelt werden: Die intensiv bewirtschafteten Monokulturen werden in den Pflanz- und Erntezeiten stark bearbeitet, gedüngt und zusätzlich behandelt. Denn um möglichst hohe Erträge zu sichern, dürfen sich neben Schädlingen und Krankheitserregern auch keine Konkurrenz-Gewächse unter den Nutzpflanzen breit machen. Es liegt nahe, dass diese Eingriffe einen starken Selektionsdruck auf einige der unerwünschten Pflanzen ausgeübt haben. Um Mechanismen der Anpassung dieser sogenannten Unkräuter auf die Spur zu kommen, hat sich ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen nun mit einem Gewächs befasst, das in Nordamerika vor allem im Mais- und Sojaanbau für Probleme sorgt.
Vergleich mit Herbarien-Exemplaren
Der Raufrucht-Wasserhanf (Amaranthus tuberculatus) war dort nicht immer ein Problem. Ursprünglich wuchs er in der Nähe von Seen und Flüssen, doch dann begann er sich immer mehr in landwirtschaftlichen Kulturen auszubreiten. Vor allem durch seine Widerstandskraft gegenüber Unkrautvernichtungsmitteln lässt er sich dort nun kaum noch eindämmen. Um aufzuklären, wie sich die problematische Pflanze an die Landwirtschaft angepasst haben könnte, haben die Forscher das Potenzial der traditionellen Botanik genutzt: Sie gewannen und analysierten Erbgut von mehr als 100 Wasserhanf-Exemplaren aus Herbarien, die bis ins Jahr 1820 zurückreichen. Die gewonnenen Daten konnten sie dann mit Sequenzierungs-Ergebnissen von 187 Wasserhanf-Proben von modernen Farmen und benachbarten Gebieten vergleichen.
So konnten die Forscher die Entwicklungsgeschichte des Wasserhanfs in Abhängigkeit vom Lebensraum über zwei Jahrhunderte hinweg untersuchen. Wie sie berichten, zeigte sich grundsätzlich, dass die besonders „unkrautartige“ Version des Raufrucht-Wasserhanfs sich vom Westen in den Osten Nordamerikas ausgebreitet hat. Dabei tauschten die Pflanzen Teile des Erbguts mit verschiedenen lokalen Populationen aus, zeichnete sich in den genetischen Untersuchungsergebnissen ab. Wie die Wissenschaftler erklären, konnte sich der Wasserhanf dadurch offenbar an die jeweils unterschiedlichen Rahmenbedingungen der Landwirtschaft in den verschiedenen Regionen besser anpassen.
„Unkrautige“ Anpassungen zeichnen sich ab
Das Team entdeckte im Erbgut der heutigen Wasserhanf-Pflanzen dann schließlich Mutationen in mehreren hundert Genen, die sich offenbar im Zuge des Selektionsdrucks durch die Landwirtschaft verbreitet haben. Besonders häufig kamen demnach Mutationen in Erbanlagen vor, die bekanntermaßen mit Toleranz gegen Trockenheit, schnellem Wachstum und Herbizidresistenz zusammenhängen. “Während der Wasserhanf ursprünglich in der Nähe von Seen und Flüssen gewachsen ist, ermöglichten es die genetischen Veränderungen der Pflanze, auf trockeneren Böden zu überleben und schnell zu wachsen, um Nutzpflanzen zu verdrängen”, erklärt Co-Autorin Sarah Otto von der University of British Columbia in Vancouver.
