Новое исследование Университета Британской Колумбии показывает, что успех сорных и инвазивных растений, таких как топинамбур, заключается в их генах.
Вкусные клубни или корнеплоды топинамбура могут стать хорошим гарниром, но это растение считается одним из основных инвазивных видов в Европе. Понимание эволюции инвазивных растений и генетических основ, которые позволяют им процветать в новой среде, является ключом к лучшему пониманию того, почему они наносят ущерб природным ландшафтам и производству продуктов питания по всему миру.
«Производство большого количества клубней является основным фактором успеха инвазии топинамбура», - сказал Дэн Бок, ведущий автор исследования, который завершил эту работу в рамках своей докторской диссертации по ботанике в Университете Британской Колумбии.«Более того, мы можем видеть, что эта черта эволюционировала несколько раз независимо друг от друга в инвазивных популяциях».
Растение, принадлежащее к семейству подсолнечных, произрастает в центральной и восточной части Северной Америки и было завезено в Европу в начале 17 века, где его выращивали в пищу. Как только картофель стал более желанной культурой, топинамбур был предоставлен самому себе и распространился, вытеснив местные растения, особенно в богатых водой экосистемах вдоль рек. Сейчас это один из самых распространенных инвазивных видов в Европе.
«В странах Центральной и Восточной Европы, включая Румынию, откуда я родом, это растение очень распространено», - сказал Бок, который сейчас является научным сотрудником Гарвардского университета. «Часто участки инвазивного топинамбура выглядят как огромные возделываемые поля, которые простираются настолько далеко, насколько может видеть глаз».
Для этого эксперимента исследователи посадили более 700 инвазивных и неинвазивных топинамбуров на контролируемом участке в кампусе Университета Британской Колумбии в Ванкувере. Когда растения достигли зрелости, они записали и сравнили ряд характеристик. Один из них, количество клубней, всегда был экстремальным в инвазивных популяциях.
"Результаты этого исследования важны для нашего более широкого понимания того, как и почему некоторые растения становятся успешными захватчиками". - сказала Лорен Ризеберг, профессор кафедры ботаники Университета Британской Колумбии и научный руководитель Бока.
Когда исследователи объединили генетический анализ с этими измерениями, они обнаружили, что эта черта развивалась независимо более одного раза. Бок говорит, что они определили как минимум четыре независимых генетических источника, а это означает, что инвазивность может развиваться неоднократно.
«Интересно, что успех вторжения определяется одной чертой», - сказал Майкл Кантар, соавтор статьи и бывший научный сотрудник Университета Британской Колумбии, который сейчас работает в Гавайском университете.
Инвазивные виды являются серьезной проблемой для многих регионов, потому что от них трудно избавиться, они вытесняют местные растения и могут мешать производству продуктов питания. По оценкам предыдущих исследований, инвазивные виды всех типов - растения, насекомые и патогены - ежегодно обходятся США более чем в 120 миллиардов долларов.
Инвазивные виды также часто захватывают районы, богатые ресурсами. В случае топинамбура ресурсом является вода. В Европе это инвазивное растение вытесняет местные растения вдоль русел рек, а в США это сорняк на фермерских полях.
«Мы склонны думать, что эволюция происходит очень медленно, но здесь мы наблюдаем эволюцию в режиме реального времени», - сказал Кантар. «Интересно действительно понять, как растения и люди постоянно взаимодействуют; многие из этих вторжений произошли за последние 100 лет из-за наших действий».
Исследователи говорят, что в один прекрасный день результаты могут быть использованы для борьбы с инвазивными видами и могут помочь предотвратить инвазивность других видов.