Test 2

Allelopatie beschreibt Wechselwirkungen von Pflanzen derselben oder verschiedener Arten, die durch die Abgabe chemischer Verbindungen induziert werden. Demnach muss nach chemischen Verbindungen gesucht werden.

Zunächst Versuche im Gewächshaus um zu untersuchen ob z.B. schädliche Terpene im Boden vorhanden sind. Dazu werden Hypericum mit heimischen Arten, nur heimischen Arten und nur Hypericum in Gefäßen angepflanzt und nach ein paar Wochen Bodenproben entnommen und analysiert (Am Besten wäre hier eine Stichprobe bei der zunächst die Kmlinge einzeln angezüchtet und dann zusammen verpflanzt werden und eine bei der nur die Samen direkt zusammen in die gefäße gegeben werden).

-> Wenn sich die Bodenzusammensetzungen unterscheiden und in der Bodenprobe mit Hypericum und heimischen arten ein bestimmter Extrakt gefunden werden kann, der in den anderen fehlt, muss dieser Anschließend auf seine Wirksamkeit getestet werden, da es sich auch um einen harmlosen Stoff ohne Wirksamkeit auf die heimischen Arten handeln könnte.

Es sollte überprüft werden, ob der Extrakt auch in der Freilandkultur vorhanden ist. Daher sollten aus den natürlichen Standorten ebenfalls Bodenproben entnommen und analysiert werden.

Man kann den Extrakt dann an verschiedenen heimischen Pflanzen testen (2 Arten a 20 Stichproben), indem man ihn im Boden der Pflanzgefäße ausbringt, in welchen man dann die Keimlinge der heimischen Pflanzen versucht heranzuziehen.

Dabei ist eine Kontrollpflanzung ohne den zu untersuchenden Extrakt sehr wichtig. Wenn in den Gefäßen mit dem Extrakt die Pflanzen deutlich langsamer wachsen oder gar sterben (signifikant mehr als bei der Kontrolle), könnte es sich um einen Allelopathischen Stoff handeln. Hierbei wird auf Unterschiede in allen Pflanzenorganen geachtet, also ein Vergleich von Sprosswachstum, Wurzelwachstum und den Blättern durchgeführt.

Bei Mimikry unterscheidet man Bates´sche Mimikry (Eine Art immitiert das Warnsignal einer Anderen, ohne aber deren Verteidigung zu besitzen, z.B. Schwebfliege imitiert Wespe) und Müllerischer Mimikry (Arten teilen sich ein Warnsignal, besitzen aber auch Verteidigungsmechanismen (Wespen, Hummeln, Bienen…).

1/3 der Orchideen keinen Nektar. Um dennoch Bestäuber anzulocken, nutzen einige Arten Blüten-Mimikry, sodass belohnungslose Pflanzen aussehen wie belohnende.

Es gibt zwar Unterschiede im Duft zwischen Mimic und Modell. Es dauert allerdings bis der Bestäuber lernt die Pflanzen anhand des Duftes zu unterscheiden. Allgemein gilt, dass der Mimic um Erfolg zu haben sympatrisch mit seinem Modell vorkommen muss und auch zur gleichen Zeit blühen muss wie sein Vorbild. Die beiden müssen demnach auch die gleichen Bestäuber haben. Damit der Mimic vom Bestäuber nicht vom Modell zu unterscheiden ist braucht es Blüten mit ähnlichem Spektrum und ähnlicher Morphologie. Die ähnlichen Merkmale sollten zudem eine funktionelle Rolle besitzen und apomorph sein. Die Fitness des Mimics wächst dann mit der Fitness des Modells.

Hier greift eine negativ-frequenzabhängige Selektion: Umso seltener der Phänotyp ist, umso höher ist die Fitness. Wenn der Phänotyp zu häufig auftritt, lernen die Bestäuber und kommen irgendwann nicht mehr.

Es gibt zwei Hypothesen für die evolutionäre Aufrechterhaltung von Blüten-Mimikry: Ressourceneinsparung und die Verhinderung von Selbstbestäubung. -> Wenn Eine Pflanze mit Nektar belohnt wird diese häufiger von ein und demselben Bestäuber besucht und es kann zur Selbstbestäubung kommen. Wenn die Belohnung jedoch fehlt, fliegt der Bestäuber eher weiter, sodass Selbstbestäubung verhindert wird.

Neben der Blüten-Mimikry gibt es auch Pflanzen, die bestehende Präferenzen für bestimmte Stoffe bei ihren Bestäubern ausnutzen. Es gibt darunter Dung- und Aasmimikry, die mit olfaktorischer Mimikry Fliegen anlocken. Der schwarze Aronstab Arum palaestinum lockt seine Bestäuber (Fruchtfliegen) über olfaktorische Mimikry von fermentierten Produkten (vergorenes Obst/Wein) an. Einige Orchideen nutzen auch sexual-Mimikry, und imitieren olfaktorisch und visuell ein Wespenweibchen, und lassen sich vom Männchen befruchten.

Probleme von Neonicotinoiden: Hohe Halbwertszeit, Neonicotine lagern sich in der Umwelt (z.B. im Boden) ab und bleiben dort für lange Zeit; Sie wirken sich auf das zentrale Nervensystem von Insekten aus (Bindung an nikotinische Acetylcholinrezeptoren); systematische Insektizide: werden über die Wurzeln der Pflanzen aufgenommen und in die einzelnen Pflanzenteile wie Blätter und Blüten übertragen -> so kommen sie in Kontakt mit den Bestäubern; Schädigend für mikrobielle Symbionten von Bestäubern (Bienen); nicht selektiv sondern wirkt breit auf alle möglichen Insekten und ist einer (von mehreren) Gründen für das globale Artensterben von Insekten; Weiter oben in der Nahrungskette wirkt sich der negative Effekt auf Insekten auch auf Vögel aus (Neben anderen Ursachen des Artensterbens)

Mögliche alternativen sind zum einen Extrakte. Von Vorteil bei diesen Stoffen ist, dass sie gut abgebaut werden und Rückstände auf oder in den Pflanzen daher nicht zu erwarten sind. Diese sind teils aber auch hoch toxisch (Pyrethrum). Daneben gibt es noch schonendere Methoden: biologischen und biotechnischen Pflanzenschutz. Beim biologischen Pflanzenschutz macht man sich einen natürlichen Feind des Schädlings zu nutze und bringt diesen gezielt aus. Z.B. den australischen Marienkäfer gegen Blattlausbefall. Oder bestimmte Nematoden gegen Trauermücken. Dies hat den vorteil, dass andere Nützlinge und die Umwelt verschont bleiben. Problematisch kann hier allerdings das einbringen einer fremden Art in ein neues Ökosystem sein, da diese sich auch zu invasiven Arten entwickeln können, weshalb z.B. abgewägt werden muss, ob sie Art z.B. mit dem jahreszeitlichen Rhytmus klarkommt (z.B. den winter überlebt), oder ob die Art nach verschwinden des Schädlings verschwindet. 

Beim Biotechnischen pflanzenschutz nutzt man Fallentechniken zum dezimieren der Schädlinge. Z.B werden Trauermücken von gelber Farbe angezogen, sodass man diese mithilfe von Gelbtafeln (Gelbes Plastik mit klebefläche) dezimieren kann. Eine komplexere Form des Biotechnischen Pflanzenschutzes sind Pheromonfallen (z.B gegen den Apfelwickler). Hier werden Sexualpheromone des Apfelwicklers in der Falle eingebracht, um diese anzulocken. 

Konstitutive Verteidigung: hohe Konzentrationen chemischer Verteidigungsstoffe zu jeder Zeit -> wird präventiv auf Vorrat produziert

Induzierte Verteidigung: Stoff wird erst nach dem Angriff eines Herbivores produziert und freigesetzt.

Direkte Verteidigung: direkt gerichtet an den Angreifer. Wirkt spezifisch und schnell auf den Angreifer direkt. Chemikalien werden allerdings oft in großen Dosen benötigt, daher sehr kostenaufwendig. z.B. mechanische Verteidigung (Dornen, Stacheln, Trichome, Wachse, Verstärkung der Zellwände) oder chemische Verbindungen (Sekundärmetabolite wie Alkaloide, Phenole, Terpenoide; Latex)

Indirekte Verteidigung: lockt den Feind des Feindes an.  Hat den Nachteil der zeitlichen Verzögerung, ist aber möglicherweise Kostengünstiger da die Chemikalien nicht in großen Mengen benötigt werden. Hier nutzt die Pflanze VOCs (Votalite Organic Compounds). Für Mais wurde ein solcher Verteidigungsmechanismus beschrieben: Ein Angriff von Raupen des Nachtschmetterlings Spodoptera littoralis führt zur Bildung eines komplexen Gemisches von Duftstoffen (Terpene, Indol und aromatische Substanzen) in den Blättern der Maispflanze. Parasitische Wespen nutzen dieses Duftstoffgemisch, um die Schmetterlingsraupe zu finden. Sobald die Larven der Wespe innerhalb der Raupe heranwachsen, frisst die Raupe weniger und stirbt.