Как инвазивные растения захватывают новые территории
Повторяющиеся циклы роста и отмирания — ключевая стратегия успеха растения Carpobrotus edulis, экзотического инвазивного вида, распространившегося по всему миру и вытесняющего местную растительность на новых территориях.
Таковы инновационные гипотезы исследования, опубликованного в Trends in Plant Science, под руководством Серджи Мунне-Боша, профессора факультета эволюционной биологии, экологии и наук об окружающей среде Университета Барселоны (UB).
Растение Carpobrotus edulis, родом из Южной Африки, является экзотическим инвазивным видом, распространённым на нескольких континентах. На Пиренейском полуострове оно оказывает значительное воздействие на дюны, песчаные зоны и скалы на побережье Кантабрии (Астурия, Страна Басков, Галисия), Средиземного моря (Коста-Брава, дельта Эбро, Менорка) и южной Атлантики. Этот вид быстро размножается, что затрудняет восстановление местных видов и способствует распространению других инвазивных видов.
Почему некоторые экзотические виды становятся инвазивными?
Механизмы биологических инвазий в мире растений до конца не ясны. Некоторые агрессивные инвазивные виды, такие как Carpobrotus edulis, демонстрируют клоновый рост, то есть размножение без семян, что может способствовать их инвазивной способности. Клональное размножение, широко распространённое в таксономии растений, создаёт ряд рамет — генетически идентичных особей, которые могут выживать как независимо, так и будучи соединёнными.
«Клональное размножение позволяет быстро колонизировать новые места, эффективно конкурировать за свет и занимать пространство других видов. И если инвазивные растения хорошо адаптированы к новой среде, они могут стать серьёзной угрозой для местных видов. Клональный рост значительно облегчает этот процесс», — отмечает исследователь.
Клональные растения представляют собой кооперативные биологические системы с высокой способностью к колонизации новых сред. Они доминируют во многих растительных сообществах и часто встречаются в местах с экстремальными условиями. «С эволюционной точки зрения клонирование менее эффективно, чем половое размножение. Однако при сочетании полового и бесполого размножения инвазивные виды, как в случае с C. edulis, могут наносить серьёзный экологический ущерб естественным местообитаниям», — говорит Бош.
Клоны и биологические инвазии: эволюционный успех
Повторяющаяся стратегия «расти и отмирай» может быть решающим фактором успеха клональных инвазивных растений, таких как C. edulis. «Пока одни клоны растут и размножаются бесполым путём, захватывая территорию, другие отмирают контролируемым образом (после размножения), позволяя расти своему же виду, но не другим, в процессе, известном как ауто-фасилитация. В результате условия почвы изменяются, и другие виды не могут там расти», — сообщают авторы.
«Старение (сенесценция), являющееся формой программируемой клеточной смерти, также является частью процесса. Контролируемо отмирают репродуктивные побеги. Таким образом, сама смерть — это активный процесс и ключевой фактор инвазии. Более того, клональное размножение может генерировать изменчивость и, следовательно, больший адаптивный потенциал благодаря эпигенетическим изменениям, что облегчает быструю адаптацию этих видов к новым местам обитания».
Угроза будущему растительного биоразнообразия
В условиях глобальной экологической угрозы крайне важно понимать биологические механизмы, способствующие инвазивности многих видов растений. «Некоторые из этих видов, такие как Carpobrotus edulis или Aptenia cordifolia, встречаются в наших садах. Несомненно, эти организмы могут привести к значительной потере существующего биоразнообразия и представляют угрозу, если мы хотим сохранить наши природные экосистемы в их нынешнем виде», — предупреждает Мунне.
Для решения будущих задач по защите биоразнообразия профессор Серджи Мунне-Бош возглавляет в UB команду, которая реализует исследовательские проекты в области эко-физиологии и агробиотехнологии, уделяя особое внимание антиоксидантам (витамин E и C, флавоноиды), старению и сенесценции растений, а также механизмам устойчивости к внешним факторам (водный стресс, засоление и др.) и фото-защите.