Когда сорняки объединяются: Биоконтроль инвазивных растений может помогать им, а не сдерживать
Новая статья исследователей из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW Sydney), опубликованная в Trends in Ecology & Evolution, предполагает, что внедрение растительноядных насекомых или животных для контроля инвазивных сорняков может запускать кооперативный ответ среди растений, позволяя им процветать, а не сокращаться.
Ведущий автор, профессор Стивен Бонсер из Школы биологических, земных и экологических наук UNSW, отмечает, что хотя инвазивные виды изучаются давно, продолжающийся рост их влияния говорит о том, что в текущем подходе к контролю их распространения чего-то не хватает.
"Я не думаю, что мы правильно измеряли успех агентов биоконтроля", — говорит профессор Бонсер.
По его словам, биоконтроль работает так: специализированных врагов вида-захватчика берут из его естественного ареала и добавляют в захваченный ареал.
"Они должны отбросить инвазивный вид достаточно сильно, чтобы мы могли контролировать его популяцию", — объясняет он.
Растения опунции — кактусы, родом из Америки, которые теперь являются инвазивными в природных и сельских районах Австралии.
"Одним из заметных успехов биоконтроля на сегодняшний день является маленькая гусеница, которая довольно эффективна против опунции", — говорит профессор Бонсер.
"Однако у нас также есть десятки и десятки случаев, когда мы применяли биоконтроль, думали, что он сработает, а затем, кажется, нет".
Он говорит, что биту-буш — идеальный пример этого. Это прибрежный вид, растущий плотными монокультурами, иногда покрывающими огромные площади. Агентом биоконтроля для него является гусеница моли, поражающая верхушки биту-буша.
Профессор Бонсер отмечает, что эффективность агентов биоконтроля в настоящее время измеряется по их влиянию на отдельные растения.
"Одна гусеница может существенно замедлить рост отдельных растений биту-буша", — говорит он.
Однако, добавляет он: "Мы пытаемся контролировать популяции. Хотя моли теперь хорошо зарекомендовали себя как агенты биоконтроля, популяции биту-буша все еще распространяются как лесной пожар".
Кооперация против конкуренции
Растения конкурируют, стремясь вырасти выше своих соседей, чтобы украсть весь солнечный свет, вместо того чтобы сотрудничать, делясь ресурсами и работая вместе, как команда.
Профессор Бонсер говорит, что последнее — это то, как такие культуры, как кукуруза и пшеница, взлетели во время "Зеленой революции". Этот период с середины до конца 1900-х годов преобразовал сельское хозяйство за счет внедрения технологий для решения проблем производства продовольствия.
"Зеленая революция была посвящена тому, чтобы сделать растения более кооперативными", — говорит профессор Бонсер.
В этот период ученые смогли выделить и выращивать менее конкурентные растения, которые сосредотачивали свою энергию на производстве большего количества пищи. Они достигли этого, отбирая и размножая карликовые сорта на основе их гормональных свойств.
"Кооперативные черты были внедрены в растения с помощью ранних методов генной инженерии", — говорит профессор Бонсер. "Это привело к появлению более коротких растений, и именно так фермы стали гораздо более продуктивными".
Он говорит, что когда растения в посевах конкурируют за свет, они становятся такими высокими, что становятся верхне-тяжелыми и падают.
"Это было реальной проблемой вплоть до 1960-х годов. Когда пшеница или кукуруза ведут себя как индивидуалисты, они падают и просто гниют на земле".
Сюжетный поворот
В лесах и других природных зонах история иная — растения, которые растут быстрее и выше, "выигрывают". Кооперативные растения часто вытесняются из экосистемы более агрессивными, конкурентными.
"Теория игр говорит нам, что кооперация в природе редка", — говорит профессор Бонсер. "Если растение перестает бороться за ресурсы, конкурентное подсядет и захватит его место".
Биоконтроль используется для замедления инвазивных растений, таких как сорняки. Однако профессор Бонсер говорит, что именно то, что должно остановить захватчиков, может делать их сильнее. Повреждая отдельные растения и снижая конкуренцию, группа инвазивных растений начинает играть как команда.
"Мы думаем, что происходит следующее: агенты биоконтроля превращают агрессивных захватчиков в кооперативные сообщества", — говорит профессор Бонсер. "А когда они сотрудничают, они могут покрывать огромные территории — даже больше, чем раньше".
"Вместо того чтобы судить о полезности биоконтроля по тому, как он влияет на отдельные растения, нам нужно смотреть на то, как ведут себя целые группы растений. Потому что то, что вредит одному растению, может навредить или помочь всей команде".
Он говорит, что растительноядные поедают части растений, которые помогают им бороться друг с другом, нарушая вертикальный рост, поедая их верхушечные почки.
Он также отмечает, что хорошо известно, что растения, растущие выше и быстрее в конкуренции с другими, часто не так хорошо защищаются от растительноядных. Это связано с тем, что способность растения к конкуренции и его способность к защите связаны его генами.
"Это может работать и в обратную сторону: растение, защищающее себя химическими веществами, может не расти так высоко, чтобы конкурировать с другими растениями", — говорит он. "И, не тратя свою энергию на конкуренцию, они могут направить ее на размножение.
"Мы думаем, что растительноядные обманывают растения, заставляя их сотрудничать — они перестают тратить энергию на борьбу и вместо этого начинают работать вместе".
Он говорит, что демонстрация влияния защитных реакций на конкурентные реакции является ключевым следующим шагом.
Начать с чистого листа
Профессор Бонсер говорит, что он и его коллеги сейчас исследуют, как разрушить "команды захватчиков" растений. Это включает эксперименты по внедрению высоких, сильных местных растений, которые нарушают их командную работу, а также комбинирование биоконтроля с другими методами.
"Это может изменить то, как мы боремся с инвазивными видами в природе, но также и то, как мы выращиваем сельскохозяйственные культуры для дальнейшего повышения производства продовольствия", — говорит профессор Бонсер.
Он говорит, что это не означает добавления насекомых в посевы.
"Но мы могли бы, возможно, обмануть растения, заставив их думать, что на них есть насекомые — это могло бы помочь им начать расти более кооперативно", — говорит он.
"Это только начало новой истории".