Специализированные патогены внутри вида растений поддерживают биоразнообразие

В сельском хозяйстве широко признано, что поддержание генетического разнообразия важно. На полях с более разнообразными культурами патогены могут погубить часть растений, но редко уничтожают весь урожай.

Однако мало исследований было посвящено таким высокоспециализированным патогенам в естественных растительных сообществах. Считается, что в разнообразных сообществах патогены поддерживают биоразнообразие, уничтожая распространённые виды и давая место редким. Но что происходит с разнообразием, если, как в сельском хозяйстве, патогены вредят лишь некоторым растениям внутри одного вида?

Исследовательская группа под руководством учёных из Йельского университета обнаружила, что саженцы деревьев росли хуже в почве, взятой под материнским деревом, чем в почве от другого дерева того же вида. Исключив другие возможные причины, они пришли к выводу, что разница в росте, скорее всего, вызвана микробными патогенами, специализирующимися на уровне генотипа. Теоретические модели показали, что такие высокоспециализированные патогены могут поддерживать разнообразие в сообществах деревьев и способствовать увеличению рассеивания семян в эволюционных масштабах времени.

«Мы часто считаем патогены вредителями, — говорит Дженалле Эк, постдок Цюрихского университета и бывшая докторантка Йельской школы лесного хозяйства и экологических исследований (F&ES), — но мы обнаруживаем, что они играют ключевую роль в высокоразнообразных экосистемах».

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Старшим автором статьи была Лиза Комита, доцент кафедры экологии тропических лесов в F&ES.

В ходе эксперимента Эк высадила в горшки более 200 саженцев тропического дерева Virola surinamensis, выращенных из семян, собранных в разнообразном тропическом лесу в Панаме. Почва для горшков была взята либо из-под материнского дерева саженца, либо из-под других деревьев того же вида.

Исследователи показали, что разница в развитии саженцев в «материнской» и «нематеринской» почве не была результатом различий в питательных веществах почвы или полезных симбиотических отношениях с грибами. Это подтвердили лабораторные анализы, проведённые в Йеле Камиллой Делавo '16 M.E.Sc., ныне докторанткой Канзасского университета.

Используя компьютерные модели, разработанные Саймоном Стампом, постдоком в F&ES, команда затем обнаружила, что такие патогены могут способствовать сосуществованию видов и приводить к увеличению рассеивания семян. Это создаёт ландшафты, которые позволяют патогенам более эффективно поддерживать разнообразие.

«Эти результаты показывают, что высокоспециализированные патогены являются потенциально важным, но в значительной степени упускаемым из виду фактором динамики популяций и сообществ растений, — сказала Комита. — Наши выводы подчёркивают важность сохранения как видового, так и генетического разнообразия в тропических лесах».