Почему так быстро распространяется амброзия - очень аллергенное растение? Исследователь Майкл Мартин совершил шестинедельное путешествие по США и собрал 1000 образцов растения с обочин дорог и гербариев, чтобы ответить на этот точный вопрос.
Амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisiifolia) распространяется по всей Европе, и у страдающих аллергией на юге континента появилась еще одна причина опасаться сезона пыльцы.
Одно растение может произвести до одного миллиарда пыльцевых зерен за один сезон. Но это также сорняк, который может доставлять неудобства фермерам.
Растение родом из Северной Америки, и большая часть того, почему оно стало настолько широко распространенным, вероятно, связано с деятельностью европейцев в течение последних пяти столетий.
До того, как европейцы обосновались в Северной Америке в 1500-х годах, ареал амброзии был ограничен. Сегодня растение распространилось на все континенты, кроме Антарктиды.
Поселенцы
«Амброзия, вероятно, распространилась в Северной Америке через поселенцев, которые подобрали ее на своих фургонах, когда расчищали сельскохозяйственные угодья и вырубали леса», - говорит Майкл Д. Мартин.
Он является адъюнкт-профессором кафедры естественной истории Университетского музея Норвежского университета науки и технологий (NTNU) в Тронхейме и экспертом в области генетического анализа.
Новые слои растений, семян и пыльцы постоянно приземляются на землю и превращаются в почву. Чем глубже вы уходите в землю, тем старше слои почвы, пока их ничего не потревожило. Анализируя образцы из разных слоев, ученые могут увидеть, насколько преобладали различные виды растений на определенной территории в данное время.
Образцы слоев показывают поразительную корреляцию между распространенностью амброзии в различных районах Северной Америки за последние 500 лет и тем, где поселенцы расчищали новые земли. Похоже, растение последовало за поселенцами на запад от восточного побережья сегодняшних Соединенных Штатов.
По какой-то причине амброзия очень быстро приживается там, где почва была вспахана или иным образом обнажена.
Одной из причин, почему он так эффективно распространяется, в том числе и в Европе, может быть то, что он быстро приживается на стройках и вдоль вновь строящихся дорог. Затем он вытесняет местные виды в областях, где берет верх.
Почему это происходит так быстро?
Мартин хочет определить причину, по которой растение так быстро распространяется. Его расселение было описано как результат «быстрой эволюции». Но исследования Мартина и других показывают, что растение обладало прекрасной способностью адаптироваться к изменениям задолго до того, как европейцы поселились в Северной Америке.
Мы обнаружили значительные изменения в генетической структуре растения до того, как оно попало в Европу. Генетическая структура и способность адаптироваться к местным изменениям могут объяснить, почему оно обладало такой способностью быстро расти и так эффективно распространяться при интродукции. в новые области», - говорит Мартин.
Другими словами: возможно, эта способность к быстрой адаптации была необходима амброзии, чтобы выжить в Северной Америке, на континенте, где условия быстро меняются, а климат сильно варьируется. Сельское хозяйство европейцев и спрос на древесину только улучшили условия для распространения растения, потому что они дали эволюционное преимущество отдельным растениям и сконцентрировали популяции амброзии, которые быстро росли и могли иначе использовать новые земли в своих интересах.
В результате эти конкретные растения, стремящиеся превзойти другие виды, в настоящее время распространяются по большей части мира.
Собрано 1000 образцов
Мартин провел докторское исследование амброзии. Несколько лет назад он шесть недель путешествовал на машине по востоку США и собирал растения для анализа ДНК.
Эти растения происходят из 37 разных мест, что позволяет увидеть различия в генетическом составе растений из большой географической области. Мартин также сравнил новые образцы с историческими образцами из гербариев Северной Америки и Европы, всего около 1000 образцов.
Цель состояла в том, чтобы составить карту частей генетической структуры вида и найти взаимосвязь между распространением амброзии и различными генами.
Мартин получил несколько странных взглядов от людей, наблюдавших за тем, как он собирает и тщательно ухаживает за сорняками, но как только они узнали, что он делает, они быстро стали благосклонно настроены. Фермеры особенно беспокоят амброзию, и исследование Мартина может когда-нибудь принести им пользу.
Анализ образцов выявил взаимосвязь между способностью растения распространяться и различными генами.
"Мы обнаружили серьезные изменения в генетической структуре", - сказал Мартин.
Но исследования еще далеки от завершения. Окончательных ответов пока не появилось. Методы, которые он и его коллеги используют, настолько новы, что работа вряд ли была бы возможна пять или десять лет назад.
Его последний проект заключается в анализе амброзии из гербариев во многих частях мира. Недавнее исследование его команды проанализировало только часть генетического материала растения. На этот раз цель состоит в том, чтобы проанализировать весь геном и, возможно, найти несколько связей между распространением растения и его генами.
Ещё не в Норвегии
Амброзия зарекомендовала себя, среди прочего, во Франции, Италии, Швейцарии и Венгрии.
Ученые опасаются, что растение попадет в Норвегию. Но до сих пор амброзия не представляла здесь проблемы, хотя сезон пыльцы в последние годы длился на один месяц дольше.
Распространение амброзии в Норвегию в настоящее время идет медленно, поскольку вегетационный период слишком короток, чтобы этот вид теплолюбивых растений мог дать семена, по словам аналитика пыльцы Халварда Рамфьорда из биологического факультета NTNU.
Семена амброзии, которые распространяются семенами подсолнечника в корме для птиц, могут прорасти и зацвести, но не успевают сами развить семена. Из года в год мы находим не более одного или двух пыльцевых зерен в наших образцах из этих «безбилетных» семян, поэтому мы пока не ожидаем каких-либо серьезных изменений в этой области», - говорит Рамфьорд.