Некоторые одомашненные растения игнорируют полезные почвенные микробы
Одомашнивание растений привело к увеличению урожаев, но часто негативно сказалось на их микробиомах. В результате одомашненные растения стали более зависимыми от удобрений и других почвенных добавок, чем их дикие родственники.
Чтобы сделать сельское хозяйство продуктивнее и устойчивее, исследователи предлагают вернуть в коммерческие культуры гены от диких родственников. Это восстановит способность растений взаимодействовать с полезными почвенными микробами.
За тысячи лет селекции люди отбирали и культивировали самые крупные растения. Однако в процессе многие культурные растения утратили часть способности взаимодействовать с почвенными микробами, которые обеспечивают их необходимыми питательными веществами. Это сделало некоторые одомашненные растения более зависимыми от удобрений — одного из крупнейших источников загрязнения азотом и фосфором, для производства которого расходуются ископаемые виды топлива.
«Меня удивило, насколько скрытыми могут быть эти изменения», — говорит Джоэл Сакс, профессор биологии Калифорнийского университета в Риверсайде и старший автор статьи, опубликованной в Trends in Ecology and Evolution. «Мы так сосредоточены на надземных признаках, что смогли кардинально изменить растения, игнорируя целый ряд других характеристик, и непреднамеренно вывели растения с ухудшенной способностью получать пользу от микробов».
Бактерии и грибы образуют тесные связи с корнями растений, что может значительно улучшить их рост. Эти микробы помогают расщеплять элементы почвы, такие как фосфор и азот, которые растения поглощают через корни. Микробы также получают ресурсы от растений в рамках взаимовыгодных, или симбиотических, отношений. Когда удобрения или другие почвенные добавки делают питательные вещества легкодоступными, у растений уменьшается потребность во взаимодействии с микробами.
Сакс и первый автор статьи Стефани Портер из Университета штата Вашингтон в Ванкувере проанализировали 120 исследований микробного симбиоза у растений. Они пришли к выводу, что многие виды одомашненных растений демонстрируют сниженную способность формировать симбиотические сообщества с почвенными микробами.
«Основная мысль нашей статьи в том, что у одомашнивания есть скрытые издержки», — говорит Сакс. «Когда растения отбирают по небольшому набору признаков, таких как более крупное семя или быстрый рост, можно потерять множество важных признаков, связанных с микробами».
Эта эволюционная потеря обернулась ущербом и для окружающей среды.
Избыток азота и фосфора из удобрений может вымываться с полей в водоемы, приводя к чрезмерному росту водорослей, снижению уровня кислорода и появлению мертвых зон. Оксид азота из удобрений попадает в атмосферу, способствуя загрязнению воздуха. На производство удобрений также расходуются ископаемые виды топлива.
Некоторые компании начали продавать азотфиксирующие бактерии в качестве почвенных добавок для повышения устойчивости сельского хозяйства. Однако Сакс отмечает, что эти добавки работают плохо, потому что некоторые одомашненные растения утратили способность усваивать эти полезные микробы из почвы.
«Чтобы решить эти проблемы, нам нужно выяснить, какие признаки были утрачены, а какие полезные признаки сохранились у диких родственников», — говорит Сакс. «Затем скрестить дикие и одомашненные формы, чтобы восстановить эти признаки».