Die Evolution der Fotosynthese
Bestimmte Pflanzengruppen haben kohlenstoffkonzentrierende Mechanismen (carbon concentrating mechanisms, CCM) entwickelt, um Mängel bei der herkömmlichen Photosynthese auszugleichen, die "C3-Fotosynthese" genannt wird. Dies führte zu alternativen Formen der Fotosynthese, namentlich der "CAM-" und der "C4-Fotosynthese". Interessanterweise entwickelten sich die gleichen CCM unabhängig voneinander in verschiedenen Gruppen, was darauf hinweist, dass gemeinsame Umgebungsbedingungen oder Pflanzeneigenschaften diese Konvergenz fördern.Das EU-finanzierte Projekt "Evolvability and drivers of photosynthetic transitions in flowering plants" (PHOTOTRANS) war darauf ausgerichtet, mithilfe von phylogenetischer Analyse die evolutionären Faktoren zu verstehen, welche die C4-Fotosynthsese und den Crassulaceen-Säurestoffwechsel (crassulacean acid metabolism, CAM) begünstigen. Dies konnte erreicht werden, indem die genetischen Veränderungen in einem Enzym untersucht wurden, das für die Fotosynthese bei diesen CCM wichtig ist.Durch die Forschungsarbeit wurde bestätigt, dass diese evolutionären Veränderungen unabhängig voneinander in verschiedenen Pflanzengruppen mehrfach innerhalb der letzten 35 Millionen Jahre stattfanden. Die PHOTOTRANS-Mitglieder zeigten, dass bei einzelnen Pflanzengruppen identische Gruppen von Genen für die C4-Fotosynthese kooptiert wurden. Diese Gruppe von Genen ist auch am CAM beteiligtKomplexe statistische Analyse ergab, dass eine verringerte Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre eine Voraussetzung für die Entwicklung von C4 war. Die Forscher stellten des Weiteren fest, dass sich C4- und CAM-Fotosynthese nur bei Pflanzen mit einer bestimmten Blattanatomie entwickeln konnten.Die Mitglieder von PHOTOTRANS zeigten, dass diese ungewöhnlich weit verbreitete konvergente Evolution durch sowohl physiologische als auch umweltbezogene Bedingungen verursacht wird. Durch dieses Wissen wurde unser Verständnis darüber erweitert, wie konvergente Evolution wichtiger Pflanzenmerkmale stattfindet.
