Wie die Steinnelke dem Klimawandel trotzen könnte

Die in den Alpen verbreitete Steinnelke hat offenbar ein genetisches Rezept, um sich an ein wärmeres Klima anzupassen. Forschende fanden zwei uralte Genvarianten, die bestimmen, wann sie blüht – und damit über ihr Überleben entscheiden könnten.

Das Klima erwärmt sich besonders in den Alpen rasant. Für Pflanzen bedeutet das: Wer sich nicht in größere Höhen ausbreitet, muss sich an steigende Temperaturen anpassen.

Ein Beispiel für erfolgreiche Anpassung ist die Steinnelke (Dianthus sylvestris). Sie wächst in Höhenlagen zwischen 800 und 2400 Metern und zeigt je nach Standort ein unterschiedliches Blühverhalten: In hohen Lagen öffnet sie ihre Blüten kurz nach der Schneeschmelze im Juni, in tieferen Lagen dagegen schon im Mai. Da dort die Wachstumsperiode früher beginnt, sind Tal-Steinnelken – als Reaktion auf längere, wärmere Sommer – Spätzünder.

Genetische Anpassung an Höhe

Ein Forschungsteam um Prof. Alex Widmer vom Institut für Integrative Biologie der ETH Zürich untersucht seit über zehn Jahren, wie sich die Steinnelke genetisch an frühere Klimaveränderungen angepasst hat – und was das für ihre Zukunft bedeutet.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science, zeigen: Der Blühzeitpunkt wird durch ein bisher unbekanntes Gen namens DsCEN/2 gesteuert, das in zwei Varianten vorkommt. Die "warme" Variante verzögert die Blüte und fördert das Pflanzenwachstum, was in langen Sommern vorteilhaft ist. Die "kalte" Variante hingegen sorgt für frühes Blühen und rasche Samenbildung – entscheidend für kurze Bergsommer. "Steinnelken in alpinen Zonen blühen nicht nur so früh als möglich, sondern bilden auch möglichst rasch Samen", erklärt Widmer. "Das ist eine Anpassung an die kurze Saison in hohen Lagen. In Tallagen haben die Pflanzen dagegen mehr Zeit."

Verpflanzungsexperimente im Wallis zeigten, dass dieses Verhalten genetisch festgelegt ist: Talpflanzen, die in die Berge gebracht wurden, änderten ihr Blühverhalten kaum. Sie wuchsen zunächst kräftig, bildeten viele Blüten – doch die Samen reiften oft nicht, bevor der Schnee zurückkehrte.

Alte Gene, neue Chancen

Wie die ETH-Forschenden mithilfe von Modellen zeigen konnten, sind die beiden Genvarianten erstaunlich alt – älter als die Steinnelke selbst. Um ihren Ursprung zu klären, untersuchte das Team auch verwandte Arten der Gattung Dianthus. Dabei zeigte sich: Unterschiede zwischen den warmen und kalten Allelen existieren selbst bei weit entfernten Arten. Die Genvarianten entstanden also nicht erst in der Steinnelke, sondern schon vor ein bis zwei Millionen Jahren, als sich aus einer Stammart viele neue Dianthus-Arten entwickelten – während sich Eis- und Warmzeiten abwechselten.

Durch Rekombination während der sexuellen Fortpflanzung gelangten diese alten Allele schließlich in das Erbgut der Steinnelke. Sie verschafften ihr eine genetische Flexibilität, die eine Anpassung der Population an neue Umweltbedingungen ermöglicht. Zwar treten auch neue Mutationen auf, doch die beiden Blüh-Gene existieren seit mehreren Hunderttausend Jahren.

Steinnelke gut gerüstet

In Zukunft könnte genau das entscheidend sein: Das „warme“ Allel ist heute schon in höheren Lagen nachweisbar und dürfte sich mit weiter steigenden Temperaturen stärker verbreiten. "Die Steinnelke hat aus der Vergangenheit das Rüstzeug, um sich an den aktuellen Klimawandel anzupassen", sagt Widmer. Ob andere Alpenpflanzen ähnliche genetische Reserven besitzen, ist unklar.

Allerdings: Noch nie verlief eine Warmphase so schnell wie die heutige. Ob die Steinnelken dem Tempo folgen können, hängt davon ab, ob genügend große, zusammenhängende Populationen bestehen. "Nur wenn es genügend große zusammenhängende Populationen gibt, können die Arten das vorhandene genetische Potenzial nutzen, das die Anpassung an den Klimawandel ermöglicht", betont Widmer. Kleine, isolierte Bestände dagegen drohen zu verschwinden – und mit ihnen die uralten Anpassungsstrategien der Steinnelke.