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Floral longevity and mating systems of melastomataceae along the Mount Kinabalu elevational gradient
Andrea Errante
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Botany
Betreuer*in
Agnes Dellinger
DOI
10.25365/thesis.79289
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-19539.80111.881895-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Mit zunehmender Höhenlage verändert sich die Zusammensetzung, sowie die funktionelle Struktur von Bestäubergemeinschaften. Besonders auffällig ist der Rückgang von Bestäubung durch Bienen, wobei diese zunehmend durch kälteadaptierte Gruppen wie Dipteren oder Vögel ersetzt wird, welche besser an die rauen klimatischen Bedingungen höherer Lagen angepasst sind. Dieser strukturelle Wandel stellt jedoch nicht den einzigen Mechanismus dar, mit dem Pflanzen in hochgelegenen Lebensräumen ihre reproduktive Fitness sichern. Arten, die auf Bienen als Bestäuber angewiesen sind, können die eingeschränkte Bestäubungsleistung kompensieren – etwa durch eine verlängerte Blühdauer oder durch eine geringere Abhängigkeit von tierischen Bestäubern. Zweiteres erfolgt durch autonome Fortpflanzungsstrategien wie Autogamie oder Apomixis. Diese alternativen Reproduktionswege sind bislang nur unzureichend erforscht, und es bleibt offen, wie häufig verschiedene Pflanzengruppen diese – einzeln oder kombiniert – entlang von Höhengradienten tatsächlich nutzen. Pflanzenkladen, die von Bienen bestäubt werden und zugleich große ökologische Amplituden überbrücken, bieten daher ein besonders geeignetes Modell zur Untersuchung des Einflusses der Höhenlage auf die Bestäuberleistung (z.B. Pollenlimitierung) und der kompensatorischen Strategien der Pflanzen zur Sicherung des reproduktiven Erfolgs. In der vorliegenden Studie dient die Familie der Melastomataceae als Modellsystem – eine überwiegend von Bienen bestäubte tropische Pflanzengruppe mit poriziden Staubbeuteln. Im Zentrum der Forschungsfragen steht, wie sich Blühdauer und Fortpflanzungssysteme in Abhängigkeit von der Höhenlage entwickeln und ob solche Anpassungen dazu beitragen können, Pollenlimitierung zu verringern. Untersucht wurden die Blühdauer, die Häufigkeit und Mechanismen autonomer Reproduktion (Autogamie und Apomixis) sowie die Ausprägung von Fremdbestäubungs-Limitierung. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang von morphologischen Merkmalen der Blüte (z. B. Abstand zwischen Poren und Narbe) mit dem Verhalten beim Blütenschluss analysiert. Um die zuvor formulierten Hypothesen empirisch zu überprüfen, wurde die Feldarbeit in fünf breiten Höhenzonen an sieben Standorten entlang des Höhengradienten des Mount Kinabalu durchgeführt. Dabei konnten insgesamt 19 Arten aus folgenden Gattungen dokumentiert werden: Medinilla (Gaudich. ex DC.), Melastoma L., Sonerila Robx., Perilimnastes Ridl., Plethiandra Hook. f., Catanthera F. Muell., Diplectria (Blume) Rchb. und Astronia Blume. Die Forschungsarbeit kombinierte dabei Beobachtungen zur Anthese (Blühdauer) mit standardisierten Bestäubungsbehandlungen per Hand (Kontrolle, Autogamie, manuelle Selbstbestäubung, manuelle Fremdbestäubung, Apomixis) und ergänzte diese durch mikroskopische Untersuchungen des Blütenmaterials. Aus der Untersuchung gingen drei zentrale Erkenntnisse hervor. (1) Die Blühdauer nimmt mit zunehmender Höhenlage zu – ein Muster, das darauf hindeutet, dass sich in kühlen, feuchten Hochlagen mit geringer Bienenaktivität längere reproduktive Zeitfenster als vorteilhaft erwiesen und entsprechend evolutionär durchgesetzt haben. (2) Die autonome Reproduktion zeigt eine Zunahme in höheren Lagen, war jedoch stark stammesabhängig: Autogamie trat bei 7 von 13 Arten auf – ausschließlich innerhalb der Gattungen Medinilla und Sonerila. Apomixis kam selten vor (2 von 13 Arten, beide Sonerila in den höchsten Höhenlagen), während Melastoma trotz breiter Selbstkompatibilität in den Handbestäubungsversuchen keine Autogamie zeigte. Bemerkenswert war bei drei hochgelegenen Sonerila-Arten die Beobachtung sogenannter „pollen tube showers“ – ein Phänomen, bei dem Pollenröhren während des Blütenschlusses (der letzten Phase der Anthese) direkt aus den Poren der Staubbeutel in die Narbe wachsen. Dieses autogame Fortpflanzungsmerkmal war bislang nur aus der Tribus Bertolonieae innerhalb der Melastomataceae bekannt. (3) Die Pollenlimitierung nimmt insgesamt mit der Höhe ab, wobei die Reaktionen erneut Gattungsspezifisch ausfielen: Sonerila zeigt eine Abnahme mit steigender Höhe, Medinilla bleibt konstant, und Melastoma weist eine Zunahme auf – was mit ihrer fortbestehenden Abhängigkeit von vibrierenden Bienen zur Pollenfreisetzung übereinstimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung stützen die Annahme, dass höhere Lagen mit einer verlängerten Blühdauer und einer zunehmenden Unabhängigkeit von Bestäubern einhergehen. Gleichzeitig zeigen sie eine ausgeprägte stammesabhängige Variation, ob und auf welche Weise Pflanzen die eingeschränkte Verfügbarkeit von Bienenbestäubern kompensieren. Für zukünftige Forschungsarbeiten ergibt sich daraus ein klarer Auftrag: Funktionale Merkmale sollten gezielt mit Bestäuberbeobachtungen verknüpft und die energetischen Kosten für Blütenbildung und -erhalt quantifiziert und überprüft werden, mit dem Ziel zu untersuchen, ob das beobachtete Syndrom aus Autonomie und Blühdauer auch in anderen Gebirgsfloren und Pflanzenfamilien wiederkehrt.
Abstract
(Englisch)
Pollinator communities exhibit predictable changes in response to elevation, with bee lineages often declining and being replaced by pollinators better adapted to cold, wet, and windy conditions (e.g., flies, birds). However, such pollinator shifts are not the only path to reproductive success. Bee-pollinated plants at high elevations may buffer the limited bee pollination service available by extending the lifespan of flowers or reducing their dependence on animals entirely through autonomous reproduction (i.e., autogamy and apomixis). These alternatives remain relatively understudied, and it is unclear how commonly lineages employ them (alone or in combination) along elevational gradients. Plant clades that are pollinated by bees and that span broad environmental amplitudes are therefore ideal for testing how elevation affects pollinator performance (i.e., pollen limitation) and the buffering strategies that plants use (i.e., longevity and autonomous reproduction). In this study, Melastomataceae, a tropical plant family predominantly pollinated by bees and concealing pollen in poricidal anthers, serves as the model system. The central research hypotheses address how floral longevity and mating systems evolve in response to elevation changes and whether such shifts can mitigate pollen limitation. The present study quantified longevity, the prevalence and mechanisms of autonomous reproduction (autonomous selfing, apomixis), and outcross pollen limitation, and evaluated links to floral morphology (pore–stigma distance) and floral closure behavior. Fieldwork was conducted in five broad elevation zones across seven sites along the elevational gradient of Mount Kinabalu, resulting in the documentation of 19 species within the following genera: Medinilla (Gaudich. ex DC.), Melastoma L., Sonerila Robx., Perilimnastes Ridl., Plethiandra Hook. F., Catanthera F. Muell., Diplectria (Blume) Rchb., and Astronia Blume. The present study combined longevity observations (monitoring the duration of floral anthesis) with standard hand-pollination treatments (control, autonomous, hand-self, hand-cross, apomixis) and evaluated flower material with microscopy techniques. Three major findings emerged from this study. (1) Floral longevity increased with elevation, consistent with selection for prolonged reproductive windows in cool, wet high-elevation environments with low bee activity. (2) Autonomous reproduction increased towards higher elevations but was lineage-specific: autonomous selfing occurred in 7/13 species (all in the genera Medinilla and Sonerila), apomixis was rare (2/13, both Sonerila at the highest elevations), and the genus Melastoma showed no autonomous selfing despite broad self-compatibility in hand selfing treatments. Pollen tube showers, which refer to pollen tubes growing directly from anther pores into the stigma during flower closure (the last stage of anthesis), were documented in three high-elevation Sonerila species, extending our knowledge on a mechanism of autogamy previously reported only from the Melastomataceae tribe Bertolonieae. (3) Pollen limitation decreased overall at high elevation, but responses were genus-specific again: Sonerila declined, Medinilla was flat, and Melastoma increased, consistent with its continued dependence on vibrating bees to release pollen. In conclusion, the data support the hypotheses that high elevation favors longer floral lifespans and greater pollinator independence and reveal marked lineage specificity in whether and how buffering against reduced bee pollinator availability is achieved. Future work should pair trait measures with pollinator data, quantify construction/maintenance costs, and test whether the “autonomy-plus-longevity” syndrome recurs across other mountain floras and plant families.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Botanik Pflanzliche Reproduktionsstrategien Blütenlebensdauer Melastomataceae Bestäubungsbiologie Mount Kinabalu
Schlagwörter
(Englisch)
Botany Plant Reproductive Strategies Floral Longevity Melastomataceae Pollination Biology Mount Kinabalu
Autor*innen
Andrea Errante 
Haupttitel (Englisch)
Floral longevity and mating systems of melastomataceae along the Mount Kinabalu elevational gradient
Paralleltitel (Deutsch)
Blütenlebensdauer und Reproduktionssysteme der Melastomataceae entlang des Höhengradienten des Mount Kinabalu
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
xi, 48 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Agnes Dellinger
AC Nummer
AC17641573
Utheses ID
77827
Studienkennzahl
UA | 066 | 832 | |