Насекомые — ключевой драйвер эволюции и разнообразия растений, показало исследование

Новое исследование Университета Торонто в Миссиссаге (UTM) показало, что эволюция растений под воздействием насекомых может происходить быстрее, чем предполагалось ранее, — даже за одно поколение. Исследование будет опубликовано 5 октября в журнале Science.

Экспериментальное доказательство гипотезы

Ученые давно предполагали, что взаимодействие растений и насекомых привело к большому разнообразию растений, но прямых экспериментальных доказательств было мало. Это исследование заполняет фундаментальный пробел в понимании того, как естественный отбор со стороны насекомых вызывает эволюционные изменения у растений.

Методология исследования

Марк Джонсон и его коллабораторы из Корнеллского университета, Университета Монтаны и Университета Турку (Финляндия) высадили энотеру (обычно самоопыляющееся растение с генетически идентичным потомством) на двух типах участков. Каждый участок изначально содержал 60 растений 18 различных генотипов (растений с разными наборами мутаций).

• Одна группа участков была защищена от насекомых с помощью регулярного (раз в две недели) применения инсектицида.
• Другая группа участков подвергалась естественному воздействию насекомых.

Участки оставили расти без вмешательства на пять лет, ежегодно подсчитывая количество и типы растений и анализируя изменение частоты генотипов энотеры и связанных с ними признаков.

Результаты: быстрая эволюция и экологические последствия

• Эволюция (изменение частоты генотипов со временем) наблюдалась на всех участках уже после одного поколения.
• Популяции растений начали значительно расходиться в ответ на атаки насекомых всего за 3–4 поколения.
  • На участках без инсектицида увеличилась частота генотипов, связанных с более высоким уровнем токсичных химических веществ в плодах (что делало их несъедобными для огнёвок, поедающих семена).
  • Также возросла частота растений с более поздним цветением, что позволяло избегать пика активности насекомых-хищников.
• Удаление насекомых привело к экологическим изменениям: растения-конкуренты (например, одуванчик) активнее колонизировали участки без насекомых, сокращая число растений энотеры. Это произошло из-за подавления популяции гусениц моли, предпочитавших питаться одуванчиком.

Выводы

Исследование демонстрирует, что наблюдаемые изменения в популяциях растений были прямым результатом естественного отбора со стороны насекомых, а не генетического дрейфа. Эволюционные изменения, влияющие на экологию и функцию целых экосистем, могут происходить не за тысячелетия, а за годы, постоянно окружая нас в природе.