Еволюція рослин

Рослини постійно еволюціонують у відповідь на зміни навколишнього середовища, проте нові дослідження свідчать про те, що деякі види можуть адаптуватися в хибному напрямку.

Дослідження Мічиганського університету виявило, що темп адаптації іпомеї знизився на 96% лише за дев’ять років — і це сталося не через брак генетичного різноманіття, а через те, що конкуруючі еволюційні чинники, ймовірно, обмежують її здатність реагувати на зміну клімату.

Результати дослідження підкреслюють, як спричинені діяльністю людини зміни довкілля можуть створювати неочікувані виклики для рослин та екосистем.

Коли стратегії виживання конкурують

Зі зростанням температури та зміною погодних умов рослинам часто доводиться коригувати такі ознаки, як час цвітіння, щоб вижити в нових умовах. Однак, іпомея, схоже, стикається з іншим потужним тиском: залученням дедалі рідкісніших запилювачів.

Дослідники виявили, що ознаки, які допомагають рослинам залучати запилювачів, можуть перешкоджати ознакам, які дозволяють їм реагувати на зміни клімату. Більші квіти можуть збільшити шанси залучення комах, тоді як раніше цвітіння може допомогти рослинам адаптуватися до тепліших температур та змін у характері опадів.

З часом ці характеристики стали тісніше пов'язані в популяціях іпомеї. В результаті природний відбір все більше сприяв більшим квітам, що потенційно зменшує здатність рослин коригувати схеми цвітіння у відповідь на кліматичний тиск.

Проблема полягала не в генетичному різноманітті

Одним із найнесподіваніших результатів стало те, що ці рослини все ще мали достатньо генетичного різноманіття для еволюції.

Науковці часто очікують, що види з високим рівнем генетичного різноманіття матимуть кращу здатність до адаптації, оскільки володіють більшою кількістю потенційних ознак, на які може впливати природний добір. Однак іпомеї, що досліджувалися в цій роботі, не були обмежені браком еволюційних «ресурсів».

Натомість дослідники припускають, що на рослини дедалі більше впливав взаємозв’язок між різними ознаками. Коли одна характеристика впливає на еволюцію іншої, це може обмежувати можливі шляхи розвитку популяції.

Результати дослідження свідчать про те, що іпомеї зберігали здатність до еволюції, але тиск навколишнього середовища спрямовував їхній розвиток у бік ознак, які, можливо, не є найкориснішими для пристосування до змін клімату.

Вплив людини змінює хід еволюції

Дослідження очолила Саша Бішоп, яка нещодавно здобула ступінь доктора філософії, у співпраці з Джоном Стінчкомбом з Університету Торонто та Реджиною Бауком із кафедри екології та еволюційної біології Мічиганського університету.

Команда вивчала іпомею в межах ширшого дослідження того, як людська діяльність змінює еволюційні шляхи диких видів.

Зміна клімату — це лише один із викликів, з якими стикаються рослини. Втрата середовищ існування внаслідок забудови, інтенсивного сільського господарства та масштабного використання пестицидів також спричинила скорочення популяцій запилювачів у всьому світі.

Науковці давно передбачали, що деякі види можуть швидко еволюціонувати у відповідь на зміни довкілля. Однак спостереження в природі дедалі частіше свідчать про те, що багато популяцій скорочуються або втрачають генетичне різноманіття, замість того щоб адаптуватися достатньо швидко.

Вимірювання еволюційних змін

Щоб зрозуміти, як змінювалися іпомеї, дослідники зібрали насіння з диких популяцій у два різні моменти часу з інтервалом у дев’ять років.

Вони вирощували рослини в контрольованих умовах і вимірювали низку характеристик, пов’язаних із адаптацією до клімату та привабленням запилювачів. До цих характеристик належали: час появи перших квітів, розмір квітки, вміст цукру в нектарі, а також відстань між органами, що виробляють пилок, і частинами квітки, які його приймають.

Після цього дослідники розрахували темпи адаптації рослин, застосувавши статистичний метод під назвою R; цей метод враховує взаємовплив кількох ознак, а не аналізує їх окремо.

Такий підхід допоміг з’ясувати, чи стримували зміни однієї ознаки зміни іншої.

Різке зниження рівня адаптації

Аналіз показав, що в популяціях іпомеї відбулося значне сповільнення еволюційних змін.

За оцінками дослідників, у популяції, що існувала раніше, адаптація відбувалася зі швидкістю, яка становила близько 76% від очікуваної (якщо не брати до уваги взаємозв’язок між ознаками). Через дев’ять років цей показник знизився приблизно до 9%.

Дослідники вважають, що важливу роль у цьому зниженні відіграв посилений взаємозв’язок між розміром квітки та часом цвітіння. Час цвітіння має особливе значення, оскільки дозволяє рослинам реагувати на зміни температури та рівня опадів.

Дослідження свідчить про те, що скорочення чисельності запилювачів може впливати на еволюцію рослин, ускладнюючи їхню адаптацію до змін клімату. Оскільки екосистеми продовжують змінюватися, розуміння цих прихованих еволюційних конфліктів може набувати дедалі більшого значення для збереження біорізноманіття та агросистем.