Исследование показывает, как новые места обитания влияют на химическую защиту растений

Международная группа исследователей изучила, меняются ли химические защиты растений после их укоренения в новых географических регионах.

Эксперименты в теплице с популяциями подорожника ланцетолистного (Plantago lanceolata) из разных стран и континентов показали, что интродуцированные популяции демонстрировали более высокие химические защиты при учёте климатических факторов их местообитания, при этом их рост не страдал.

Результаты, опубликованные в Functional Ecology, опровергают распространённые теории и демонстрируют, насколько сложно формулировать универсальные допущения в экологии.

Подорожник ланцетолистный — пример успешной колонизации новых мест обитания по всему миру. Его исходный ареал был ограничен Европой и Западной Азией, но растение расселилось и успешно укоренилось во многих странах.

Существуют теории, что инвазивные виды могут быть меньше подвержены воздействию насекомых-вредителей в новом ареале, что позволяет им меньше защищаться и больше ресурсов вкладывать в рост. Другая теория предполагает, что интродуцированные виды могут формировать новые химические защиты.

Исследовательские группы под руководством Сибиллы Унзикер из Кильского университета и Кристиане Рощер из UFZ и iDiv использовали подорожник, чтобы проверить, различаются ли рост и химическая защита популяций из исходного ареала и из областей интродукции.

Учёные собрали 10 популяций подорожника из Европы (исходный ареал) и 9 интродуцированных популяций с других континентов. Все популяции выращивались в одинаковых тепличных условиях, измерялись параметры роста.

На растения помещали гусениц многоядного вредителя Spodoptera littoralis для измерения накопления защитных метаболитов и выделения запахов до и после повреждения.

Результаты:

• С учётом климатических факторов географического происхождения семян, интродуцированные популяции характеризовались усилением химической защиты без снижения биомассы при атаке вредителей.
• Концентрации иридоидных гликозидов и вербаскозида — ключевых защитных метаболитов подорожника — были выше в интродуцированных популяциях, чем в аборигенных.
• При этом интродуцированные популяции показали несколько большее повреждение листьев, и гусеницы потребили больше биомассы.
• Интродуцированные популяции выделяли большее количество и большее разнообразие летучих веществ после повреждения.
• Накопление летучих соединений в обеих группах популяций зависело от климатических условий и усиливалось с понижением температуры.

Эти результаты не полностью согласуются с теориями, согласно которым интродуцированные популяции должны вкладывать меньше в защиту.

Как отмечает Кристиане Рощер, растения, возможно, избежали своих естественных врагов, но столкнулись с новыми. Кроме того, химическая защита может быть важна для адаптации к климатическим условиям и стрессам, таким как засуха и засолённость почвы, поскольку измеренные признаки также зависели от климата в странах происхождения.

Исследование даёт первые представления о глобальном успехе подорожника. Роль климатических условий, однако, понята лишь частично.

«В последующих экспериментах мы постараемся выяснить, как отдельные популяции подорожника реагируют на комбинированные стрессы, приближенные к реальным условиям в контексте изменения климата», — говорит Сибилла Унзикер. — «Наше исследование показывает, что в экологическом контексте сложно, если не невозможно, формулировать обобщающие гипотезы».