Evolution der Landpflanzen

Die Landpflanzen umfassen die Moos-, die Farn- und die Samenpflanzen. Sie sind primär an ein Leben auf dem Land angepasst und gehen wahrscheinlich auf einen gemeinsamen Vorfahren aus der Gruppe der Armleuchteralgen (Charales) zurück. Diese hoch entwickelten Grünalgen stimmen in vielen Merkmalen mit den Landpflanzen überein.

Die Evolution der Landpflanzen begann vor mindestens 475 Millionen Jahren. Aus dieser Zeit stammen die ältesten Reste von Sporen, die mit einiger Sicherheit den Landpflanzen zugeordnet werden können. Viele Indizien sprechen dafür, dass diese frühen Sporen von lebermoosartigen Pflanzen gebildet wurden. Man nimmt daher an, dass die drei Gruppen der Moospflanzen - die Lebermoose, die Hornmoose und die Laubmoose - die ältesten Entwicklungslinien der Landpflanzen darstellen. Diese Vermutung wird auch durch molekulare Untersuchungen gestützt, allerdings sind kaum Fossilien von Moospflanzen mit entsprechend hohem Alter bekannt.

Die ältesten Fossilien vollständiger Landpflanzen stammen von der Wende des Silurs zum Devon und sind zwischen 425 und 400 Millionen Jahre alt. Typischerweise besitzen sie aufrechte, gabelig verzweigte Sporenträger, die aus einem wurzelartigen Geflecht flachliegender Sprosse hervorgehen. In der Regel haben sie noch keine Blätter, aber anders als bei den Moosen ist zum Teil schon ein Wasserleitsystem aus verholzten Zellen vorhanden, wie es für die Gefäßpflanzen (Farnpflanzen und Samenpflanzen) kennzeichnend ist. Bereits bei diesen frühen Landpflanzen ist in den wurzelartigen Bereichen eine Symbiose mit Mycorrhiza-Pilzen erkennbar. Offenbar waren die Pflanzen bei der Besiedlung des Landes von Anfang an auf eine enge Lebensgemeinschaft mit Pilzen angewiesen. Von diesen frühen Landpflanzen, die häufig als „Urfarne“ zusammengefasst werden, sind keine lebenden Vertreter erhalten geblieben.

Nach den Urfarnen entwickelten sich im frühen Devon die Bärlappgewächse. Sie waren die ersten Pflanzen mit einfachen Blättern und brachten vor 370 Millionen Jahren auch die ersten baumförmigen Arten hervor. Die markantesten waren die Schuppenbäume und die Siegelbäume. Sie erreichten Höhen bis über 40 m und dominierten die sumpfigen Tropenwälder bis zum Ende des Karbons. Danach starben sie aus. Einige krautige Bärlappgewächse gibt es jedoch bis heute: Die Bärlapp-Arten (Lycopodium) und Moosfarne (Selaginella) haben sich seit 300 Millionen Jahren kaum verändert. Mit dem Brachsenkraut (Isoetes) hat sogar ein entfernter Nachkomme der mächtigen Bärlappbäume überlebt.

Auch die Schachtelhalme und die Farne lassen sich bis ins Devon zurückverfolgen. Man hielt sie lange für getrennte Gruppen, doch molekulare Untersuchungen haben gezeigt, dass die Schachtelhalme eine frühe Seitenlinie innerhalb der Farne bilden. Während die Schachtelhalme ihre Blütezeit im Karbon, vor 350 bis 290 Millionen Jahren, erlebten und heute nur noch mit 15 Arten vertreten sind, erfuhren die höher entwickelten Farne erst in der späten Kreidezeit, vor etwa 80 Millionen Jahren, ihre große Auffächerung. Die meisten Farne sind damit jünger als die Blütenpflanzen. Sie umfassen heute mehr als 11.000 Arten, und das Spektrum ihrer Lebensformen reicht von kleinen Wasserfarnen bis zu 20 m hohen Baumfarnen.

Als Schwestergruppe zu den Farnen und Schachtelhalmen entwickelten sich spätestens im Karbon, vor rund 350 Millionen Jahren die Samenpflanzen. Ihr Hauptkennzeichen besteht darin, dass die weibliche Spore den Sporophyten nicht mehr verlässt, sondern sich in einer schützenden Hülle zum weiblichen Gametophyten entwickelt. Diese Struktur wird nun als Samenanlage bezeichnet. Nach der Befruchtung entsteht aus ihr der Same als neues Ausbreitungsorgan. Die frühesten Linien der Samenpflanzen sind sämtlich ausgestorben. Es gibt heute noch fünf lebende Gruppen. Vier davon, nämlich die Palmfarne, der Ginkgo, die Nadelgehölze und die Gnetales, bilden die Nacktsamer oder Gymnospermen. Trotz großer Unterschiede gehen sie offenbar auf einen gemeinsamen Ursprung zurück. Sie umfassen zusammen nur etwa 840 Arten. Ihnen gegenüber stehen die Blütenpflanzen oder Bedecktsamer (Angiospermen) mit etwa 270.000 Arten. Die Blütenpflanzen tauchen erst in der Kreidezeit, vor rund 140 Millionen Jahren auf und beginnen sich rasch zu entfalten. Ihr Erfolg beruht auf einer Vielzahl von Neuerungen, vor allem aber auf ihren vielfältigen Interaktionen mit Tieren bei der Bestäubung der Blüten und der Ausbreitung der Früchte und Samen.

Die Ausstellung zeichnet in zwölf Pflanzenporträts die Entwicklung der heute lebenden Gruppen der Landpflanzen nach. Sie beginnt mit einem Besuch bei der Armleuchteralge Chara. Es folgen die Moose, Bärlappgewächse, Schachtelhalme und Farne, schließlich die Nacktsamer und als letzte Station die Magnolien als eine der ältesten Familien der Blütenpflanzen. Wir wünschen Ihnen eine spannende Zeitreise durch 400 Millionen Jahre Pflanzengeschichte!

Texte und Konzeption: , , Institut für Spezielle Botanik und Botanischer Garten, 2005