5 Millionen US-Samen Für Auferstehungsexperiment

Project Baseline wird die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenentwicklung überwachen.

In einem Gewölbe bei –18 ° C in Fort Collins, Colorado, liegen jetzt mehr als 5 Millionen Samen in einer Zeit eingefroren, die bis zu 50 Jahre warten soll, bis Evolutionswissenschaftler die Erlaubnis erhalten, mit ihnen zu experimentieren.

Im Gegensatz zu den meisten Samenbanken, die auf den Schutz der biologischen Vielfalt abzielen, soll Project Baseline präzise und kontrollierte Studien darüber ermöglichen, wie sich Pflanzen als Reaktion auf den Klimawandel und die Umweltzerstörung entwickeln. Die Samen stammen aus rund 250 Standorten auf dem amerikanischen Kontinent und werden in einer Einrichtung des US-Landwirtschaftsministeriums gelagert. Sie repräsentieren etwa 60 Arten.

Laut Julie Etterson, einer Pflanzenbiologin an der University of Minnesota Duluth, haben Wissenschaftler 2012 ernsthaft damit begonnen, die Samen zu sammeln, unterstützt von einem USlete. Anfang dieses Jahres veröffentlichten sie und ihre Kollegen im American Journal of Botany einen Artikel, in dem sie Project Baseline der Community vorstellten (J. R. Etterson et al., Am. J. Bot. 103, 164–173; 2016).

Um herauszufinden, ob sich Arten als Reaktion auf menschlichen Druck wie den Klimawandel entwickeln, haben Wissenschaftler zuvor Unterschiede bei ähnlichen Arten beobachtet, die an verschiedenen Standorten leben, oder einen Standort im Laufe der Zeit untersucht und aufgezeichnet, wie sich Pflanzen zusammen mit dem Standort verändern. Es kann jedoch schwierig sein, zwischen Veränderungen zu unterscheiden, die das Ergebnis der Evolution sind - der Auswahl von Merkmalen über Generationen aufgrund des Überlebens bestimmter Individuen - und solchen, die auf die Fähigkeit einzelner Pflanzen zurückzuführen sind, auf eine sich verändernde Umgebung zu reagieren, die als Plastizität bezeichnet wird.

Mit Project Baseline können Wissenschaftler gelagerte Samen neben denen von Pflanzen züchten, die sich unter identischen Bedingungen weiterentwickeln mussten. Unterschiede können dann auf die Evolution zurückgeführt werden.

"Ich finde es großartig", sagt Richard Lenski, der an der Michigan State University in East Lansing die Evolution von Bakterien untersucht. "Bis zu einem gewissen Grad ermöglichen Museumsexemplare und sogar natürliche Samenbanken Wissenschaftlern, diese Vergleiche heute anzustellen, jedoch nicht auf die tiefgreifende, systematische und durchdachte Weise, die dieses Projekt ermöglichen wird."

Zu den Fragen, die untersucht werden könnten, gehört, ob die bei einigen Pflanzen im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung beobachtete frühe Blüte auf Evolution oder Plastizität zurückzuführen ist und wie sich die Evolutionsraten zwischen verschiedenen Populationen derselben Art unterscheiden. Mithilfe der genetischen Sequenzierung können Forscher herausfinden, welche Gene mit ausgewählten Merkmalen verknüpft sind. Es könnte auch Vorhersagen testen, wie zum Beispiel, dass eine geringe genetische Variation die Extinktionsraten erhöht und dass die Evolution eher durch viele kleine genetische Veränderungen als durch einige wenige große erfolgt. "Die Liste der Hypothesen ist wirklich nur durch die Vorstellungskraft begrenzt", sagt Etterson.

Zurück ins Leben

Project Baseline haucht einem Feld, das als Auferstehungsökologie bekannt ist, neues Leben ein. Bei den bekanntesten Experimenten wurden Eier von Wirbellosen geschlüpft, die auf natürliche Weise in Seesedimenten konserviert worden waren, und die Nachkommen mit denen kürzlich gelegter Eier verglichen. Ein heute klassisches Beispiel aus dem Labor des Umweltwissenschaftlers Nelson Hairston an der Cornell University in Ithaca, New York, verwendete Sedimente aus dem Bodensee in Mitteleuropa, um zu beweisen, dass Wasserflöhe (Daphnia galeata) schnell eine Toleranz gegenüber toxischen Cyanobakterien (NG Hairston) entwickelt hatten et al. Nature 401, 446; 1999).

Da Project Baseline aktiv die Grundlage für zukünftige Forschung legt, anstatt sich auf das zu verlassen, was die Natur in der Vergangenheit beschlagnahmt hat, handelt es sich um eine „Art visionäres Projekt“, sagt Hairston.

Es wird davon ausgegangen, dass es an den Standorten, an denen die Samen gesammelt wurden, beobachtbare Umweltveränderungen geben wird, bemerkt Charles Kerfoot, Biologe an der Michigan Technological University in Houghton und ein weiterer Pionier in der Auferstehungsökologie. Solche Unterschiede sind jedoch aufgrund des Klimawandels garantiert. "Dies ist eine Gruppe, die nicht geleugnet wird."

Wann genau die Wissenschaftler die Samen im Gewölbe aus der Stase wecken werden, ist weniger klar. Die erste Aufforderung von Project Baseline zur Einreichung von Vorschlägen für die Arbeit mit den Exemplaren ist für 2018 geplant, und Etterson sagt, dass die ersten Samen bereits 2020 gepflanzt werden könnten. Sie hofft, das Projekt vor ihrer Pensionierung selbst mindestens einmal nutzen zu können.

Die Zeitskalen sind lang, verglichen mit der durchschnittlichen Evolutionsstudie und dem durchschnittlichen NSF-Zuschuss, sagen Forscher, aber das macht Project Baseline zu etwas Besonderem. "Das ist wirklich anders", sagt Samuel Scheiner, der Direktor des NSF-Programms, das das Projekt finanziert hat, "aber genau das, was wir tun müssen, um den globalen Wandel zu untersuchen."