Plant genetic diversity in tropical lowland rainforest transformation systems in Sumatra (Indonesia)

Abstract

Wälder bedecken 31 % der Landflächen weltweit. Aufgrund ihrer hohen Anzahl an endemischen Arten und ihrem hohen Artenreichtum gehören tropische Regenwälder zu den Biodiversitätshotspots der Welt. Die Ausbreitung von landwirtschaftlich genutzten Flächen führte zu einer verstärkten Degradierung und Waldverlust in Indonesien, die zum heutigen Zeitpunkt global am höchsten ist. Hauptsächliche Ursachen für die Entwaldung des tropischen Regenwaldes in Indonesien sind Holznutzung, Rohstoffabbau und die Produktion von Kautschuk (Hevea brasiliensis) und Palmöl (Elaeis guineensis), daraus folgt eine jährliche Umwandlungsrate von 20 000 km2 von natürlichem Regenwald in genutzte Flächen. Die weltweiten Konsequenzen der Entwaldung können nur geschätzt werden. Lokale Folgen sind Habitatverlust, Fragmentierung und Degradierung von verbleibenden Wäldern. In den verbleibenden Waldfragmenten kommt es zu einer Reduzierung der Artendiversität und einer Veränderung der Artenkombination. Untersuchungen von einzelnen Arten über die Folgen von Habitatfragmentierung auf die genetische Diversität von Pflanzen, zeigen unterschiedliche Ergebnisse, die von den artspezifischen Lebenszyklusstrategien abhängen. Im Allgemeinen ist ein Verlust von genetischen Ressourcen durch genetische Drift und reduzierten Genfluss zu erwarten. Dies entsteht durch die verminderte Austauschkonnektivität der verbleibenden Waldareale und die reduzierte effektive Populationsgröße der dort vorkommenden Arten. Dies kann zu einer Veränderung der genetischen Populationsstruktur der fragmentierten Arten führten, was eine Erhöhung der Wahrscheinlichkeit des Aussterbens der Art zur Folge hat. Der Effekt von Habitat-Fragmentierung auf die genetische Struktur wurde bisher nur für einzelne Pflanzenarten und nicht für Pflanzengemeinschaften untersucht. Weiterhin wurden keine Studien über die Folgen von Landnutzungsveränderungen auf die genetische Diversität von Pflanzen durchgeführt. Das Ziel der vorliegenden Studie war die genetische Diversität von dominanten Pflanzenarten in vier verschiedener Systeme mit unterschiedlicher landwirtschaftlicher Intensität in Sumatra, Indonesien, zu untersuchen. Anonyme AFLP Marker wurden genutzt, um die genetische Diversität von zehn dominanten Pflanzenarten, mit jeweils zehn Individuen, in den folgenden vier Landnutzungssystemen abzuschätzen: altgewachsener tropischer Tieflandregenwald, Kautschuk-Dschungel, Kautschukplantage und Palmölplantage. Die vier Systeme mit jeweils vier Replikaten, wurden in zwei Regionen untersucht, dies ergab eine Gesamtprobenanzahl von 3200. Durch unterschiedliche Artenkompositionen, die durch unterschiedliche Eigenschaften charakterisiert sind, wurde ein Abfall von genetischer Diversität von Wald zu Kautschuk-Dschungel zu Kautschukplantage zu Palmölplantage erwartet. Bei den Analysen wurden zwei Ansätze verwendet, bei dem Ersten wurde jeder Plot als eine Pflanzengemeinschaft betrachtet und bei dem Zweiten einzelne, häufig dominierende, Arten analysiert. Für die Gemeinschaftsanalyse wurden wiederum zwei Ansätze durchgeführt: Erstens der Fragmentpool-Ansatz, bei dem alle AFLP Fragmente der dominanten Arten in einem Fragment-Pool kombiniert wurden und deren genetische Differenzierung berechnet wurden. Zweitens der Artenansatz, bei dem die genetische Diversität pro Art im jeweiligen Plot berechnet wurde. Um die Landnutzungssystem auf genetische Unterschiede zu testen wurde ein „Mixed effect model“ für beide Ansätze der Gemeinschaftsanalyse benutzt. Außerdem wurde die genetische Diversität mit der Diversität von Pflanzenarten, Mykorrhizaarten und Prokaryotenarten korreliert, um die Reaktionsähnlichkeit der Parameter auf Landnutzungsveränderungen abzuschätzen. Die häufig dominanten Arten wurden hinsichtlich ihrer Populationsstruktur und der Populationsdifferenzierung innerhalb und zwischen den Landnutzungssystemen untersucht. Weiterhin wurden Arten nach ihrer Lebensform gruppiert und auf signifikante Unterschiede getestet. Ergebnisse der Gemeinschaftsanalyse mit dem Fragmentpool-Ansatz und dem Artenansatz zeigten keine direkte Korrelation zwischen genetischer Diversität dominanter Pflanzen und dem Landnutzungssystem. Aber aufgrund der Landnutzungsveränderung gibt es unterschiedliche Artenkompositionen im jeweiligen System, die mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften, unterschiedliche Diversitäts- und Differenzierungsmuster aufweisen. Die Landnutzungssystem konnten in zwei Gruppen eingeteilt werden, die Baumdominierten Systeme mit hoher genetischer Diversität und die zwei Plantagensysteme mit niedriger genetischer Diversität. Die Analysen basierend auf den einzelnen häufigen Arten zeigen eine hohe Variabilität in der Artenreaktion auf die Landnutzungsveränderungen. Waldarten weisen unterschiedliche Verlustgrade von genetischer Diversität auf. Plantagen werden hauptsächlich von invasiven, kolonisierenden Arten dominiert, die an Störungen adaptiert sind. Daher zeigten die Plantagenplots im Mittel höhere genetische Diversitätslevel als erwartet.