Распространение патогенов между видами предсказуемо

Исследование динамики болезней в калифорнийских лугах выявило фундаментальные принципы распространения патогенов между видами, что имеет важные последствия для поддержания биоразнообразия и решения практических проблем, связанных с болезнями растений.

Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Крузе измерили степень поражения болезнями листьев растений на лугу кампуса. Они обнаружили, что уровень заболевания каждого вида зависит от его распространённости, а также от обилия его близкородственных видов. Результаты, опубликованные 23 апреля в Nature, показали тесную связь между структурой растительного сообщества и уязвимостью отдельных видов к болезням. Кроме того, при введении в экосистему новых видов растений исследователи смогли предсказать, какие из них будут наиболее сильно поражены естественными патогенами.

Исследование добавляет новое измерение к давней экологической концепции «преимущества редких видов». Болезни чаще поражают наиболее распространённые виды, так как патогены легче передаются при высокой плотности восприимчивых особей. Это способствует биоразнообразию, создавая возможности для менее распространённых видов, не атакуемых теми же патогенами.

«Наше исследование показывает, что важна не только распространённость вида, но и структура всего окружающего сообщества. Большинство патогенов не являются узкоспециализированными — они могут перемещаться с одного вида на другой, и происходит ли "перескок" патогенов, зависит от степени родства видов», — пояснила первый автор статьи, профессор Ингрид Паркер.

После изучения естественных видов учёные ввели в экосистему 44 новых вида растений из-за пределов Калифорнии (их удалили до размножения). Виды, не имевшие близких родственников на лугу, избежали болезней, в то время как виды, близкородственные многим местным растениям, всегда демонстрировали высокий уровень заболеваний. Исследователи смогли с удивительной точностью предсказать давление болезней на новые виды на основе их филогенетического (эволюционного) расстояния от местных видов.

Для этих прогнозов использовалась модель «PhyloSusceptibility», разработанная профессором Грегори Гилбертом и его соавторами. Модель основана на глобальной базе данных USDA по грибковым патогенам и растениям-хозяевам и позволяет оценить вероятность того, что два вида будут иметь общего патогена.

«Эта модель — гибкий и полезный прогностический инструмент, когда под рукой мало других данных. В идеале нужны эмпирические данные о диапазоне хозяев, но они редко доступны», — отметил Гилберт.

Модель PhyloSusceptibility может помочь:

• Избежать проблем с болезнями при планировании импорта растений или лесовосстановительных проектов.
• В сельском хозяйстве — проектировать системы смешанных посевов или севооборотов для снижения заболеваемости по сравнению с монокультурами.
• Оценить уязвимость местных видов к перескоку патогенов от интродуцируемых растений.

Результаты также помогают объяснить, почему некоторые интродуцированные растения становятся инвазивными сорняками, а другие — нет. Наличие близкородственных видов снижает вероятность того, что новый вид избежит воздействия естественных врагов. Модель может помочь предсказать будущее распространение инвазивных видов.

Хотя в данном исследовании использовалась модель на основе данных по грибковым патогенам, команда также создала версии для восьми других групп вредителей и патогенов, включая насекомых, нематод, бактерий и вирусов. Влияние филогенетического расстояния на общность патогенов оказалось сходным для всех групп.