Spatio-temporal evolution of Cedreleae (Cedrela, Toona) from Paleocene to Pleistocene
Final Report Abstract
Die neotropische Baumgattung Cedrela (Familie Meliaceae, Mahagonigewächse) ist weltweit eine der für die Holzindustrie ökonomisch wichtigsten und zugleich gefährdetsten Pflanzengattungen. Gleichzeitig war ihr taxonomischer Status bis dato unzureichend untersucht. Neben der Identifizierung von Grenzen zwischen evolutionären Arten stellte die Untersuchung der Rolle der externen Umwelt für die Evolution der Gruppe einen wichtigen Schwerpunkt des Projektes dar. Im Projekt wurden Multi-Gen-Phylogenien für die Schwester-Gattungen Cedrela und Toona auf Art- und Innerart-Niveau erstellt und mittels Fossil-Kalibrierung in einen temporalen Kontext gestellt. Unter Berücksichtigung geografischer (Verbreitungsareale) und ökologischer (Nischen) Attribute der Arten, der geologischen und klimatischen Geschichte der Verbreitungsareale sowie umfangreicher Fossilnachweise konnten folgende Erkenntnisse erzielt werden: Der letzte gemeinsame Vorfahre der Cedreleae lebte im frühen Eozän. Die Arten der heute lebenden Cedreleae gingen aus Verwandtschaftslinien hervor, die unter tropischen bis subtropischen Bedingungen der höheren nördlichen Breiten lebten. Die klimatischen Bedingungen dieser höheren Breiten waren mit keinem der derzeit auf der Erde vorkommenden Biome vergleichbar. Es handelte sich um warmes und humides Klima ohne stark ausgeprägte Saisonalität in Hinblick auf Temperatur, aber langen Tagen im Sommer und weniger Lichtintensität und –dauer im Winter. Die ältesten fossilen Vertreter kamen in feucht-montanen subtropischen Wäldern vor. Spätere Vertreter traten unter verschiedenen klimatischen Bedingungen auf und markierten einen Wechsel hin zu kälteren und saisonaler ausgeprägten Habitaten. Ab dem frühen Miozän wurden die besiedelten Habitate zunehmend divers. Das Fehlen von Fossilien der Cedreleae in der Nordhemisphäre ab dem späten Miozän deutet auf ein Aussterben bzw. eine Abwanderung in die heutigen, südlicheren Verbreitungsgebiete hin, als die immer kühleren Temperaturen im Norden den Pflanzen zunehmend zum Verhängnis wurden. Diversifikationsereignisse innerhalb der frühen Evolutionsgeschichte der Gattung Cedrela wurden hauptsächlich durch den Faktor Niederschlag angetrieben. Der Faktor Temperatur hatte eine zunehmende Auswirkung auf die ökologische Diversifizierung der Gattung ab dem Miozän. Schwester-Arten-Vergleiche zeigten eine Divergenz der klimatischen Toleranzen mit Bezug zu Artbildungsereignissen auf. Im Zuge einer monografischen Bearbeitung der Gattung Cedrela, neuen Feldaufsammlungen, genetischen Analysen sowie morphologischen Untersuchungen zeigte sich, dass die Anzahl an Arten innerhalb der Gattung Cedrela unterschätzt wurde. Die Ergebnisse werden mittel- bis langfristig Auswirkungen auf den Handel mit Tropenhölzern der Gattung Cedrela haben. So beinhaltet etwa die wirtschaftlich wichtigste und CITES-gelistete Art, Cedrela odorata, nicht nur eine weitverbreiteten Art, sondern besteht aus mehreren, kleinräumiger verbreiteten Arten. Ein Austesten mehrerer potentieller DNA-Barcodes zeigte, dass die Kombination mehrerer Loci die Erfolgsquote des DNA-Barcoding bei Cedrela nicht verbesserte. DNA-Barcoding mit „ITS“ alleine zeigte das Vorhandensein kryptischer Arten auf.
Publications
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(2009) Molecular phylogenetics of Neotropical Cedreleae (mahogany family, Meliaceae) based on nuclear and plastid DNA sequences reveal multiple origins of “Cedrela odorata”. Molecular Phylogenetics and Evolution 52, 461-469
Muellner, A.N., Pennington, T.D. & Chase, M.W.
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(2010) A monograph of Cedrela. 112 Seiten. DH Books, Sherborne, UK
Pennington, T.D., Muellner, A.N.
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(2010) Biogeography of Cedrela (Meliaceae, Sapindales) in Central and South America. American Journal of Botany 97, 511-518
Muellner, A.N., Pennington, T.D., Koecke, A. V. & Renner, S.S.
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(2011) Evaluation of candidate DNA barcoding loci for economically important timber species of the mahogany family (Meliaceae). Molecular Ecology Resources 11, 450-460
Muellner, A.N., Schaefer, H. & Lahaye, R.
