How does gut passage impact endozoochorous seed dispersal success? Evidence from a gut environment simulation experiment

Endozoochory of temperate grassland species is a widespread phenomenon and may accelerate and/or increase germination in some plant species. However, the mechanisms causing this altered germination success are only partly understood. In this study, germination of common grassland species was evaluated after simulated herbivore digestion in a standardized lab environment. Ruminants (cattle) and hindgut fermenters (horses) were used as model organisms in this simulation experiment. Three major digestive processes were studied through mechanical, thermal and chemical treatments of the seeds simulating mastication, body temperature and digestive fluids, respectively. Congeneric groups of annuals and perennials were tested with 15 species belonging to the plant families Cistaceae, Cyperaceae, Fabaceae, Poaceae and Urticaceae. No differences between the impact of the simulated herbivore gut environments of cattle and horses could be found, but major differences in germination behaviour were found among plant species. For most of the tested plant species, treatments had a decelerating and inhibiting effect on germination compared to the untreated seeds. However, species of the Cistaceae and Fabaceae benefitted from mechanical treatments. Species of the Cyperaceae and Poaceae were hardly impaired by any of the treatments and even germinated better after chemical treatments. Thermal treatments, simulating the body temperature, prohibited germination in most cases. The germination success of Urtica urens was significantly higher after all treatments, which suggests seeds are specifically well adapted to gut passage, and hence to endozoochorous dispersal.

ZusammenfassungEndozoochorie bei Graslandarten der gemäßigten Breiten ist ein weit verbreitetes Phänomen. Bei manchen Pflanzenarten könnte sie die Keimung beschleunigen und/oder verstärken. Indessen sind die Mechanismen, die diesen veränderten Keimungserfolg bewirken, nur teilweise bekannt. Wir untersuchten die Keimung von häufigen Graslandarten nach simulierter Verdauung durch Herbivoren in einer standardisierten Laborumgebung. Wiederkäuer (Rinder) und Dickdarmfermentierer (Pferde) standen Modell für die Simulation. Mastikation, Körpertemperatur und Verdauungssäfte wurden durch mechanische, thermische bzw. chemische Behandlung der Samen simuliert. Kongenerische Gruppen von ein- und mehrjährigen Pflanzen wurden getestet, insgesamt 15 Arten aus den Familien Cistaceae, Cyperaceae, Fabaceae, Poaceae und Urticaceae. Es gab keine Unterschiede zwischen den simulierten Herbivorenarten, wir fanden aber deutliche Unterschiede im Keimungsverhalten der untersuchten Pflanzenarten. In den meisten Fällen hatten die Behandlungen einen verzögernden oder hemmenden Effekt. Die Cistaceen- und Fabaceenarten profitierten aber von den mechanischen Behandlungen. Die Cyperaceen- und Poaceenarten wurden kaum von den Behandlungen beeinträchtigt, ihre Keimung war nach chemischer Behandlung sogar verbessert. Thermische Behandlung, die die Körpertemperatur simuliert, verhinderte die Keimung in den meisten Fällen. Der Keimungserfolg von Urtica urens war nach allen Behandlungen signifikant erhöht, was nahelegt, dass ihre Samen besonders gut an die Darmpassage und damit an die endozoochore Ausbreitung angepasst sind.