Рисовые фермеры невольно способствовали эволюции сорняка-имитатора

Ранние земледельцы, выращивающие рис, невольно помогли ежовнику обыкновенному (Echinochloa crus-galli), способствуя появлению имитирующей рис формы, которая сегодня считается одним из самых опасных сельскохозяйственных сорняков в мире.

Новое исследование Чжэцзянского университета, Китайской академии наук и Университета Вашингтона в Сент-Луисе предоставляет геномные доказательства того, что ежовник получил преимущества от человеческих практик земледелия, включая постоянную ручную прополку, по мере распространения из региона реки Янцзы около 1000 лет назад.

Ежовник обыкновенный — глобально распространённый инвазивный сорняк пропашных культур и злаков. Новое исследование опубликовано 16 сентября в журнале Nature Ecology & Evolution.

«В Азии фермеры традиционно высаживали рис и пропалывали поля вручную. Любые сорняки, которые выделяются, легко обнаружить и удалить», — сказал Кеннет Олсен, профессор биологии. «За сотни поколений это привело к отбору штаммов ежовника, которые специализируются на рисовых полях и очень близко имитируют растения риса. Это позволяет им избегать обнаружения».

Это исследование секвенировало геномы имитирующей и неимитирующей рис форм сорняка, чтобы понять механизм этого процесса.

Такая форма мимикрии, называемая вавиловской, представляет собой адаптацию сорняков к имитации культурных растений. В случае ежовника, рисовые «имитаторы» растут вертикально, как рис, вместо того чтобы стелиться по земле, как большинство форм этого сорняка. У них также зелёные стебли, как у риса, а не красные, более характерные для сорной формы.

«С появлением земледелия около 10 000 лет назад люди по всей планете начали создавать прекрасную среду обитания для естественно сорных видов растений», — отметил Олсен. «Наиболее успешные и агрессивные сельскохозяйственные сорняки — те, которые развили черты, позволяющие им ускользать от обнаружения и процветать в этой новой плодородной среде».

Исследователи полагают, что имитирующая форма E. crus-galli появилась примерно в то же время, когда, согласно историческим записям Китая, региональный экономический центр смещался с бассейна реки Хуанхэ в бассейн реки Янцзы. В этот период эпохи династии Сун население быстро росло, а спрос на рис как основное зерно был первостепенным. Это также время, когда в бассейн Янцзы из Юго-Восточной Азии была завезена быстро созревающая, засухоустойчивая разновидность риса Чампа — чтобы позволить два урожая в год. Борьба с сорняками на рисовых полях могла быть усилена в этих условиях.

Однако, хотя обычный ежовник является основным сорняком в США, имитирующая рис форма так и не получила широкого распространения в главном рисоводческом регионе — южной части долины Миссисипи.

Олсен предполагает, что это связано с тем, что американские фермеры полагаются на механизированное земледелие, а не на ручной труд.

«Без фермеров, которые выходят в поля сажать и полить вручную, нет такого сильного отбора на визуальное слияние сорняков с рисовой культурой», — пояснил он.