Со временем инвазивное растение теряет своё токсичное преимущество
Как и большинство инвазивных растений, завезённых в США из Европы и других регионов, чесночница горчичная изначально легко доминировала над местными видами. Новое исследование показывает, что со временем её главное оружие — токсин, убивающий грибы и выделяемый в почву, — теряет свою силу.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, является одним из первых, демонстрирующих, что эволюционные силы могут изменить сами атрибуты, дающие инвазивному растению преимущество. Фактически, работа предполагает, что защита растения подрывается его собственным успехом.
Чесночница горчичная происходит из семейства пахучих, острых на вкус растений, включающего капусту, редис, хрен и васаби. В отличие от большинства растений, которые полагаются на почвенные грибы для получения фосфора, азота и воды, чесночница обходится без этой помощи. Вместо этого она производит глюкозинолаты — едкие соединения, которые просачиваются в почву и убивают многие почвенные грибы, особенно местные для Северной Америки. Это ослабляет аборигенные растения. В результате чесночница теперь образует густые заросли во многих лесах Северной Америки, её предпочитаемой среде обитания. Эти участки часто лишены местных растений.
Исследователи начали с очевидного вопроса: после того как чесночница победила большинство конкурентов, зачем ей вкладывать столько же ресурсов в поддержание своего токсичного арсенала? Было предсказано — и подтвердилось, — что уровни глюкозинолатов в растении со временем снизятся.
Благодаря исследованию исторических гербарных записей, проведённому соавтором работы, учёные получили доступ к 140-летней записи о возрасте популяций чесночницы в восточной половине США. Команда собрала семена из 44 локаций, вырастила их в теплице и измерила уровни глюкозинолатов. Эти тесты показали, что более старые популяции — присутствующие на территории более 30 лет — производили меньше фунгицидных соединений, чем те, что появились менее двух десятилетий назад.
Генетические исследования показали, что эти закономерности являются результатом естественного отбора. То есть растения, производившие меньше токсина, с большей вероятностью выживали и размножались в старых популяциях.
Затем исследователи вырастили чесночницу в почве из местных лесов. Через некоторое время они удалили эти растения и посадили в ту же почву местные деревья. Деревья лучше всего росли в горшках, где ранее находились растения из старых популяций чесночницы, что снова указывало на снижение выработки токсина с течением времени и, как следствие, на гибель меньшего количества грибов, от которых зависят местные растения.
Чтобы определить, позволяет ли снижение производства глюкозинолатов местным растениям возвращаться в районы, ранее занятые чесночницей, исследователи использовали уникальный набор данных из Иллинойса — программу Critical Trends Assessment Program (CTAP). Это долгосрочная инициатива, финансируемая Департаментом природных ресурсов штата, которая каждые пять лет отслеживает состояние растений, птиц и насекомых по всему штату. Были использованы данные за первые два периода наблюдений (1997–2001 и 2002–2007).
Поскольку CTAP включает данные о распространённости растений, включая чесночницу и местные виды, исследователи смогли определить, сокращаются или восстанавливаются местные растения в присутствии чесночницы. Они снова обнаружили, что старые популяции чесночницы — хотя всё ещё проблемные — представляют меньшую угрозу для местных растений, чем новые.
Хотя это исследование было сосредоточено только на одном виде, его результаты показывают, что некоторые инвазивные растения эволюционируют таким образом, что со временем с ними становится легче бороться. Это говорит о том, что усилия по сохранению биоразнообразия могут быть более эффективными, если сосредоточить их на недавно заселённых инвазивными видами территориях, где, по крайней мере в случае с чесночницей, вероятно, наносится наибольший ущерб.