Taxonomic, functional diversity and ecosystem services potential of the Greek endemic plants with medicinal and aromatic properties

Abstract

As part of the Mediterranean hotspot for plant diversity, Greece presents a wide richness in native plant taxa, with above 7,000 taxa including 1,636 endemic taxa. The characteristics of this endemic diversity are still scarcely documented despite their importance as unique natural resources. Simultaneously, as demand in naturally sourced products rises in many fields, the quest for new taxa of interest as property of component providers intensifies. Data is needed to better inventory and understand all their inherent features, from functional traits to chemical composition including ecosystem services and potential benefits to humankind, in order to conserve and manage these taxa in the most adequate way. As Greek rare taxa are yet understudied, tools should be conceived to optimize research effort by prioritizing the most threatened and most promising taxa, tools that could be applied to the study of any flora of interest. This thesis practical aims are to: (a) compile and share a dataset on Greek endemic characteristics based on extensive literature reviews: functional, morphological, phenological, ecological and genetic traits, chemical composition, ecosystem services provision; (b) create a methodology to analyze plant taxa’s medicinal and aromatic plant (MAP) potential, and priority for further studies; (c) apply these new indicators on the endemic flora of Greece; (d) compare the endemic flora between national (Greece) and regional (Peloponnese) scales on all characteristics (functional traits, chemical composition, ecosystem services). Through several stages of literature review, the complete dataset of functional traits is made available, and data on Greek endemic taxa’s compositions and ecosystem services are presented in this report. A set of four indicators is formulated to assess taxa of a selected flora based on the available literature documenting the taxa and their “relatives” based on: (a) close phylogeny, (b) different subspecies of a same species, (c) common genus in the flora, (d) same-genus taxon approved for medicinal or crop uses. The four indicators evaluate for each taxon: MAP potential (I1), literature volume (ILIT), chemical interest (ICHEM), and study interest (I2). Applied to the Greek flora, I1 and I2 emphasize respectively 25 and 24 taxa for Peloponnese, 30 and 16 taxa for Greece, as of the highest MAP and study interest. Although the Peloponnese and Greece’s endemic floras appear similar in their traits and indicator results, Peloponnese can be characterized by smaller-sized endemic taxa more adapted to higher altitudes, and by higher mean results of indicators and thus a stronger scientific appeal, that is moderated by more extreme values. In addition to reviewing the present knowledge on Greek endemic taxa, this thesis: (a) provides a new accessible dataset on endemic functional traits, (b) presents new means for the selection of promising new pharmaceutical and aromatic material, as well as a new argument for plant conservation policies. Both tools are suggested to be made available and automatized online for an easier use.

Η Ελλάδα ως τμήμα του Μεσογειακού θερμού σημείου (hotspot) βιοποικιλότητας, παρουσιάζει μεγάλο πλούτο αυτοφυών φυτών με περισσότερα από 7000 taxa, συμπεριλαμβανομένων 1636 ενδημικών taxa. Τα χαρακτηριστικά αυτής της ενδημικής ποικιλότητας εξακολουθούν να είναι ελάχιστα τεκμηριωμένα, παρά τη σημασία τους ως μοναδικός φυσικός και γενετικός πόρος. Ταυτόχρονα, καθώς η ζήτηση για προϊόντα φυσικής προέλευσης αυξάνεται σε πολλούς τομείς, εντείνεται η αναζήτηση νέων ταξινομικών μονάδων (taxa) που παρουσιάζουν ενδιαφέρον ως πάροχοι συστατικών. Απαιτούνται δεδομένα για την καλύτερη καταγραφή και κατανόηση όλων των εγγενών χαρακτηριστικών τους, προκειμένου να αυτά τα είδη να διατηρηθούν και να διαχειριστούν με τον καταλληλότερο τρόπο. Τα σπάνια είδη της Ελλάδας δεν έχουν ακόμη μελετηθεί επαρκώς, και ως εκ τούτου έμφαση δόθηκε στον σχεδιασμό εργαλείων α) που θα βελτιστοποιούν τις ερευνητικές προσπάθειες, με προτεραιότητα στα πιο απειλούμενα και πιο «υποσχόμενα» είδη, β) που θα μπορούν να εφαρμοστούν στη μελέτη οποιασδήποτε χλωρίδας παρουσιάζει ενδιαφέρον. Οι πρακτικοί στόχοι της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι: (α) η συλλογή και η διάθεση ενός συνόλου δεδομένων σχετικά με τα λειτουργικά, μορφολογικά, φαινολογικά, οικολογικά και γενετικά χαρακτηριστικά, χημική σύνθεση και παροχή οικοσυστημικών υπηρεσιών των ενδημικών της Ελλάδας, με βάση εκτενή βιβλιογραφική ανασκόπηση, (β) η ανάπτυξη μεθοδολογίας για την ανάλυση του φαρμακευτικού και αρωματικού δυναμικού των φυτικών taxa (MAP: Medicinal and Aromatic Plants) και των προτεραιοτήτων για περαιτέρω μελέτη, (γ) η εφαρμογή αυτών των δεικτών στην ενδημική χλωρίδα της Ελλάδας, (δ) η σύγκριση της ενδημικής χλωρίδας, ως προς όλα τα χαρακτηριστικά της (λειτουργικά χαρακτηριστικά, χημική σύνθεση, οικοσυστημικές υπηρεσίες), σε εθνικό (Ελλάδα) και περιφερειακό (Πελοπόννησος) επίπεδο. Με βάση μια εκτεταμένη βιβλιογραφική ανασκόπηση, παρατίθεται το πλήρες σύνολο δεδομένων των λειτουργικών χαρακτηριστικών, και παρουσιάζονται δεδομένα σχετικά με τη σύνθεση και τις παρεχόμενες οικοσυστημικές υπηρεσίες των ενδημικών taxa της Ελλάδας. Με βάση τη διαθέσιμη βιβλιογραφία, διαμορφώθηκεν τέσσερις δείκτες για την αξιολόγηση των φυτών μιας επιλεγμένης χλωρίδας που τεκμηριώνει τα taxa και τους «συγγενείς» τους με βάση: (α) τη στενή φυλογενετική τους συγγένεια, (β) τα διαφορετικά υποείδη του ίδιου είδους, (γ) το κοινό γένος στη χλωρίδα, (δ) το taxon του ίδιου γένους που έχει εγκριθεί για φαρμακευττική χρήση ή καλλιέργεια. Οι τέσσερις δείκτες αξιολογούν για κάθε taxon: το δυναμικό MAP (I1), τον όγκο της βιβλιογραφίας (ILIT), το χημικό ενδιαφέρον (ICHEM) και το ερευνητικό ενδιαφέρον (I2). Από την εφαρμογή στην ελληνική χλωρίδα των δεικτών I1 και I2 προκύπτουν αντίστοιχα 25 και 24 taxa για την Πελοπόννησο, 30 και 16 taxa για την Ελλάδα, ως τα υψηλότερα σε MAP και ενδιαφέρον μελέτης. Αν και οι ενδημικές χλωρίδες της Πελοποννήσου και της Ελλάδας εμφανίζονται παρόμοιες ως προς τα χαρακτηριστικά και τα αποτελέσματα των δεικτών τους, η Πελοπόννησος μπορεί να χαρακτηριστεί από ενδημικά taxa μικρότερου μεγέθους που είναι πιο καλά προσαρμοσμένα σε μεγαλύτερα υψόμετρα, καθώς και από μεγαλύτερα μέσα αποτελέσματα δεικτών και, ως εκ τούτου, από ισχυρότερη επιστημονική ελκυστικότητα, η οποία μετριάζεται από πιο ακραίες τιμές. Εκτός από την ανασκόπηση των σημερινών γνώσεων σχετικά με τα ενδημικά taxa της Ελλάδας, η παρούσα διατριβή: (α) παρέχει ένα νέο, προσβάσιμο σύνολο δεδομένων σχετικά με τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των ενδημικών taxa, (β) παρουσιάζει νέα εργαλεία για την επιλογή υποσχόμενων νέων φαρμακευτικών και αρωματικών υλικών, καθώς και μια νέα τεκμηρίωση για τις πολιτικές διατήρησης των φυτών. Προτείνεται τα δύο αυτά εργαλεία να διατεθούν δημόσια και να αυτοματοποιηθούν στο διαδίκτυο για ευκολότερη χρήση.