Адаптация к местному климату помогает инвазивным видам процветать

Исследование Университета Торонто показало, что дербенник иволистный (пурпурная сальвия) — инвазивный вид, конкурирующий с аборигенными растениями за свет и питательные вещества и способный ухудшать среду обитания диких животных — эволюционировал чрезвычайно быстро. По мере распространения в северную Онтарио он стал цвести примерно на три недели раньше. Это позволило популяциям вида процветать в более холодном климате с увеличением производства семян более чем в 30 раз.

«Способность инвазивных видов быстро адаптироваться к местному климату обычно не считалась важным фактором, влияющим на распространение», — сказал доктор Роб Колотти, проводивший исследование в качестве аспиранта на кафедре экологии и эволюционной биологии Университета Торонто.

Вместо этого считалось, что распространение видов объясняется такими факторами, как избавление от естественных врагов, включая травоядных, хищников, патогенов или паразитов. Учёные обнаружили, что эволюция локальной адаптации к климату у дербенника иволистного увеличила репродукцию так же сильно или даже больше, чем избавление от естественных врагов.

Чтобы определить, эволюционировала ли локальная адаптация, учёные собрали семена из трёх различных климатических регионов (северных, южных и промежуточных широт восточной части Северной Америки) и вырастили их на трёх участках, охватывающих ареал вида. Они обнаружили, что «местные» растения, собранные с широт, наиболее близких к каждому месту эксперимента, всегда имели более высокую приспособленность, чем «неместные». Например, растения, собранные на северных широтах, имели наивысшую приспособленность при выращивании на северном участке в Тимминсе (Онтарио), но самую низкую — на южном участке в северной Вирджинии по сравнению с растениями, собранными на южных широтах.

Предыдущая работа команды показала, что северные популяции цветут примерно на 20 дней раньше, но вдвое меньше по размеру, чем южные популяции, когда обе выращиваются в одном эксперименте. Учёные задались вопросом, могут ли эти генетические различия объяснить наблюдение локально адаптированных популяций.

В следующей фазе исследования они напрямую измерили дарвиновский естественный отбор по времени цветения на каждом из экспериментальных участков. Они обнаружили, что раннее цветение было адаптивным на самом северном участке, потому что раноцветущие растения производили больше всего потомства, в то время как растения с задержкой цветения начинали размножение ближе к концу вегетационного периода, когда опылителей было мало, а цветы были подвержены повреждениям от мороза. Однако на более южных участках естественный отбор благоприятствовал более позднему цветению, поскольку отсроченное размножение позволяло растениям вырастать крупнее и производить больше семян при более длительном вегетационном периоде.

Примечательно, что эти различия эволюционировали за последние 50 лет по мере продвижения вида на север после его первоначальной интродукции на восточное побережье США.