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Pollination ecology of the New Zealand alpine flora

Bischoff, Mascha

German Title: Bestäubungsökologie der Neuseeländischen Alpenflora

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Abstract

The interactions between flowers and the insects that pollinate them have fascinated scientists for more than 200 years. The last century saw the establishment of the fundamental concept of pollination syndromes which allows classification of flowers according to the agents that pollinate them demonstrating specialisation and co-evolution of plants and pollinators. This concept has recently been questioned and the contrary, ubiquitous generalisation and chance have been proposed to be the driving forces behind plant – pollinator interactions on an individual and community level. The present study was carried out to address the question of the level of pollinator dependence and generalisation in pollination systems in an alpine plant community in alpine New Zealand. Initial research in New Zealand alpine habitats had lead to the assumption of minor importance of insect pollination as the alpine flora in New Zealand in general is not very conspicuous and the available potential insect pollinators are mainly flies and short-tongued native bees. Therefore it had been proposed that the level of autogamy and generalisation in pollination interactions in a high-alpine habitat should be high. However, it could be demonstrated that the majority of the 23 plant species in the alpine community depend on pollinator service to achieve reproductive success. A total of 87% of plant species under investigation are at least in part self-incompatible and therefore rely on pollinator service for outcross-pollen delivery. Moreover, it could be shown that the pollinators that transfer pollen do not choose plants at random. The pollination systems in the alpine community proved to consist of both rather specialised and rather generalised functional pollinator groups, moths and native bees belonging to the former and syrphid flies belonging to the latter. Furthermore, there was strong evidence that flower visitors do not automatically equal pollinators and that pollination efficiency differed between functional groups. When assessing the floral cues, e.g. flower colour and scent that attract a certain functional pollinator group, no clustering of the attractants in correlation with pollinator group could be demonstrated. However, the individual combination of colour and scent rendered each plant species distinct from most others. This novel feature of the alpine plant community may be interpreted as a way to facilitate associative pollinator learning. A foraging pollinator can easily memorise distinct flowers and subsequently proceed to direct visitation to repeat the experience of rewards. This way flower constancy and increased efficiency of pollen transfer is promoted allowing plants to benefit from adequate pollen delivery and xenogamous reproduction resulting in genetically diverse progeny that has a greater potential of survival in the challenging alpine environment.

Translation of abstract (German)

Die Beziehung zwischen Blüten und Insekten, welche jene zur Bestäubung besuchen, fasziniert die Wissenschaft seit über 200 Jahren. Im letzten Jahrhundert wurde das fundamentale Konzept der Bestäubungssyndrome eingeführt, welches die Einteilung von Blüten nach ihrem jeweiligen Bestäubungsmechanismus erlaubt. Bestäubungssyndrome gelten allgemein als ein Beispiel von Spezialisierung und Coevolution in einer mutualistischen Beziehung. In jüngster Zeit wurde das Konzept der Bestäubungssyndrome jedoch in Frage gestellt. Stattdessen wurden „allgemeine Generalisierung“ und Zufall als Ursachen von Pflanze-Bestäuber-Interaktionen angenommen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Grad der grundsätzlichen Abhängigkeit von Insektenbestäubung und dem Ausmaß an Generalisierung in Bestäubungssystemen in einer alpinen Pflanzengemeinschaft in Neuseeland. In frühen Untersuchungen der neuseeländischen Alpenflora wurde der Insektenbestäubung nur eine untergeordnete Rolle beigemessen, da angenommen wurde, dass die Blüten alpiner Pflanzen in Neuseeland grundsätzlich unscheinbar seien und die vorhandenen potentiellen Bestäuber zudem in erster Linie zu den Fliegen oder einheimischen Bienen zählen, welche wiederum als ineffektive Bestäuber gelten. Aus diesem Grund wurde vemutet, dass sowohl der Anteil an autogamer Reproduktion der Pflanzen als auch das Ausmaß der Generalisierung des Bestäubungssystems hoch sind. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Reproduktionserfolg der Mehrheit der 23 Pflanzenarten der alpinen Pflanzengesellschaft sehr wohl vom Bestäuberservice der Insekten abhängig ist. Eine Mehrheit von 87% der Pflanzenarten ist zumindest zum Teil selbstinkompatibel und benötigt Insekten für den Pollentransport. Darüber hinaus ergab eine Untersuchung der Interaktionssysteme, dass die Bestäuber die Blüten nicht zufällig aufsuchen. Die Bestäubungssysteme in der alpinen Pflanzengesellschaft beinhalten sowohl Spezialisten als auch Generalisten, wobei erstere unter den Motten und einheimischen Bienen und letztere besonders unter den Schwebfliegen zu finden sind. Außerdem wurde deutlich, dass Blütenbesucher nicht automatisch auch Bestäuber sind und dass die Effizienz der Pollenübertragung von der funktionellen Gruppe des Bestäubers abhängt. Die Untersuchung der Blütenmerkmale Farbe und Duft, die grundsätzlich mit einer funktionellen Bestäubergruppe korrelieren können, ließ keine Einteilung in Gruppen ähnlicher Blüten in Abhängigkeit von der vorherrschenden Bestäubergruppe zu. Es wurde jedoch deutlich, dass die Blüten der jeweiligen Pflanzenarten durch die individuelle Kombination von Blütenfarbe und -duft klar voneinander abgegrenzt werden können. Dieser ungewöhnliche Umstand wird im Zusammenhang mit der Förderung von assoziativem Lernen der jeweiligen Bestäuber interpretiert: Einem bestäubenden Insekt wird das Lernen von bestimmten Blütentypen erleichtert, wenn sich die Blüten in der Gesellschaft stark unterscheiden. Auf diese Art wird die Blütenstetigkeit unter den Bestäubern gefördert und somit gleichzeitig die Effizienz der Bestäubung gesteigert. Dies erlaubt den Pflanzen der alpinen Pflanzengesellschaft in Neuseeland von ausreichender Pollenübertragung und xenogamer Reproduktion zu profitieren. Diese wiederum führt zu einer erhöhten genetischen Vielfalt unter den Nachkommen und erleichtert somit das Überleben der Art unter den harschen klimatischen Bedingungen des alpinen Habitats.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Erbar, Prof. Claudia
Date of thesis defense: 24. October 2008
Date Deposited: 25. Nov 2008 15:46
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > Centre for Organismal Studies Heidelberg (COS)
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Bestäubungsökologie
Uncontrolled Keywords: alpine Pflanzengesellschaft , Insektenbestäubung , Generalismus , Spezialismus , Neuseelandalpine pollination , community analysis , pollination network , floral odours , flower colour
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