Rapid evolution of flower phenology and clonality in restored populations of multiple grassland species

Restoration of terrestrial ecosystems often requires re-introduction of plants. In restored sites, the plants often face environments that differ from those of natural populations. This can affect plant traits, reduce performance and impose novel selection pressures. As a response, restored populations might rapidly evolve and adapt to the novel conditions. This may enhance population survival and contribute to restoration success, but has been rarely tested so far. Here, we focused on populations of three grassland species restored 20 years ago (Galium wirtgenii, Inula salicina and Centaurea jacea) by the transfer of green hay, and compared them with donor populations that were the source of the hay. We measured plants both in situ, and in a common garden under control and three stress conditions. In situ, plants in restored sites flowered earlier than plants in donor sites in two out of the three species. In the common garden, plants from the restored populations flowered earlier (in Galium) or showed increased plasticity of clonal propagation in response to clipping (in Inula). Both these traits suggest rapid adaptation to the contrasting mowing regimes in restored in comparison with the donor sites. In Centaurea, we detected no differentiation, neither in situ, nor in the common garden. Synthesis and applications. Grassland plants introduced into degraded habitats within the framework of ecological restoration may quite commonly evolve in response to novel selection pressures at restored sites. This rapid evolution likely increases the plant's adaptation to the new conditions of the restored grassland and thus enhances the likelihood of survival of the population and ultimately restoration success. While most practitioners do not consider evolution to be part of restoration, our finding highlights that restored populations of grassland species can be systems with considerable eco-evolutionary dynamics. Die Renaturierung terrestrischer okosysteme erfordert haufig auch die Wiederansiedlung von Pflanzen. An renaturierten Standorten sind die Pflanzen oft mit Umweltbedingungen konfrontiert, die sich von denen der naturlichen Populationen unterscheiden. Dies kann sich auf die funktionalen Pflanzeneigenschaften auswirken, die Performanz verringern und einen neuen Selektionsdruck auslosen. Als Reaktion darauf konnen sich die wiederhergestellten Populationen rasch weiterentwickeln und an die neuen Bedingungen anpassen. Dies kann die uberlebenschancen der Populationen verbessern und zum Erfolg der Renaturierung beitragen, wurde aber bisher nur selten getestet. Hier konzentrierten wir uns auf die Populationen dreier Grunlandarten (Galium wirtgenii, Inula salicina und Centaurea jacea), die vor 20 Jahren durch die Ausbringung von grunem Mahdgut wiederhergestellt wurden, und vergleichen sie mit Spenderpopulationen, von denen das Mahdgut stammt. Die Performanz der Pflanzen wurde sowohl in-situ im Gelande als auch in einem Common-Garden-Experiment unter Kontroll- und drei Stressbedingungen gemessen. In-situ an den wiederhergestellten Standorten bluhten zwei der drei Arten fruher als an den Spenderstandorten. Im Common-Garden-Experiment bluhten die Pflanzen der wiederhergestellten Populationen fruher (bei Galium) oder zeigten eine erhohte Plastizitat der klonalen Vermehrung als Reaktion auf das Mahen (bei Inula). Diese beiden Merkmale deuten auf eine schnelle Anpassung an die unterschiedlichen Mahregime in den wiederhergestellten Bestanden im Vergleich zu den Spenderbestanden hin. Bei Centaurea konnten wir keine Differenzierung feststellen, weder in-situ noch im Common-Garden-Experiment. Synthese und Anwendungen. Grunlandpflanzen, die im Rahmen von Renaturierungsmassnahmen in degradierte Lebensraume eingefuhrt werden, zeigen haufig als Reaktion auf den neuen Selektionsdruck an den wiederhergestellten Standorten eine evolutive Entwicklung. Diese rasche Evolution erhoht wahrscheinlich die Anpassungsfahigkeit der Pflanze an die neuen Bedingungen des renaturierten Grunlands und steigert damit die Wahrscheinlichkeit des uberlebens der Population und letztlich den Erfolg der Massnahme. Wahrend die meisten Praktiker die Evolution nicht als Teil der Renaturierung betrachten, zeigen unsere Ergebnisse, dass wiederhergestellte Populationen von Grunlandarten Systeme eine betrachtliche evolutionare Dynamik entfalten konnen. Grassland plants introduced into degraded habitats within the framework of ecological restoration may quite commonly evolve in response to novel selection pressures at restored sites. This rapid evolution likely increases the plant's adaptation to the new conditions of the restored grassland and thus enhances the likelihood of survival of the population and ultimately restoration success. While most practitioners do not consider evolution to be part of restoration, our finding highlights that restored populations of grassland species can be systems with considerable eco-evolutionary dynamics.image