Эволюционный дисбаланс объясняет глобальные инвазии растений
Человеческая деятельность (глобальная торговля и путешествия) способствует распространению растений за пределы их естественных ареалов. Однако не все виды одинаково успешны в новых местах — лишь некоторые способны натурализоваться. Данные показывают, что растения из определённых географических регионов натурализуются успешнее других.
Эволюционная гипотеза дисбаланса (EIH) предлагает объяснение этому феномену. Международная исследовательская группа под руководством биолога Марка ван Клёйнена из Констанцского университета подтвердила ключевые предсказания этой гипотезы, используя обширные глобальные данные.
В исследовании, опубликованном в Nature Ecology & Evolution, также обнаружены сходства в происхождении растений, успешно натурализующихся в чужих ареалах, и растений, отобранных человеком для культивации и экономического использования. Это говорит о том, что биогеографические факторы схожим образом влияют на биологические и культурные системы.
Истоки гипотезы
Идеи EIH восходят к Чарльзу Дарвину. "Дарвин предположил, что географические барьеры разделяют экосистемы Земли на различные эволюционные арены", — говорит Тревор Фристоу, первый автор исследования.
В каждой из этих арен организмы подвергаются уникальным географическим и экологическим условиям, которые влияют на интенсивность естественного отбора. "Результатом являются различия в абсолютной приспособленности видов из разных регионов — эволюционный дисбаланс. Эти различия влияют на то, какие виды с большей вероятностью успешно приживутся на новых территориях при устранении барьеров", — поясняет Фристоу.
EIH делает предсказания о характеристиках регионов, которые способствуют эволюции особенно успешных чужеродных видов. Например:
- Крупные регионы должны поддерживать большие популяции и высокое генетическое разнообразие для более эффективного естественного отбора.
- Видо-богатые регионы служат интенсивными "полигонами", где виды должны эволюционировать, чтобы выживать среди множества конкурентов и врагов.
Глобальная проверка
Исследование проверило эти предсказания в глобальном масштабе. Учёные использовали беспрецедентный набор данных, включающий естественные и чужеродные ареалы более 99% всех известных семенных растений — свыше 330 000 видов.
В соответствии с EIH было показано, что растения, происходящие из обширных, богатых видами регионов, являются одними из самых успешных чужеродных растений. "Таким образом, наше исследование подтверждает два ключевых предсказания EIH в глобальном масштабе", — говорит Марк ван Клёйнен.
Связь с экономически ценными растениями
Данные также выявили ранее нераспознанную связь между эволюционным дисбалансом и экономическим использованием растений человеком: характеристики естественного ареала, которые способствуют появлению успешных захватчиков, также связаны с видами, которые мы выращиваем для хозяйственного использования.
"При прочих равных, люди выбирают для культивации растения с более высокой способностью к выживанию, росту и размножению. Это привело к обратной связи, когда виды с высоким потенциалом к инвазии также с большей вероятностью целенаправленно распространяются по миру. Наше исследование демонстрирует эти интригующие связи и показывает, как эволюционные дисбалансы в биологических и культурных системах могут даже взаимодействовать", — заключает ван Клёйнен.