Исследование обнаружило осеннее преимущество инвазивных растений на востоке США

Конкуренция между местными и инвазивными растениями в листопадных лесах востока США во многом зависит от того, как растения "пересекают финишную черту" осенью.

Новое исследование биолога из Сиракузского университета показало, что листья инвазивных растений продолжают функционировать осенью, долгое время после того, как их местные "родственники" готовятся к зиме. Эти выводы противоречат общепринятому мнению, согласно которому растения под пологом леса получают большую часть питательных веществ за счёт фотосинтеза весной и в начале лета, до того как кроны деревьев блокируют солнечный свет.

Исследование "Extended leaf phenology and the autumn niche in deciduous forest invasions" будет опубликовано онлайн 25 апреля в журнале Nature.

"Это классический случай научной серендипити", — говорит автор исследования Джейсон Фридли, доцент биологии. — "Мы начали эксперимент, чтобы измерить количество фотосинтеза весной, когда обе группы растений считались наиболее активными. Но оказалось, что всё дело в финише. Это было полностью вне поля зрения всех".

Многие растения, естественно растущие под пологом леса на востоке США, включая Нью-Йорк, Пенсильванию и Новую Англию, близкородственны видам, импортированным более 100 лет назад, в основном из Европы, Китая и Японии, для садоводства. Эти интродуцированные растения вторглись в окружающие леса и процветают.

Фридли создал экспериментальный сад на территории университета, включающий группы местных растений и их неродных "кузенов", например:

• Японская жимолость (инвазивный вид) и канадская жимолость (местный вид)
• Крылатый бересклет (инвазивный) и бересклет священный (местный)
• Крушина слабительная (инвазивный) и каролинская крушина (местный)

Команда наблюдала за растениями три года, фиксируя распускание листьев, их побурение и опадение. Также использовались устройства для измерения хлорофилла и фотосинтеза в течение всего сезона.

Ключевые результаты:

• Мало различий в весеннем появлении листьев у местных и инвазивных видов.
• Мало различий в производстве питательных веществ весной.
• Наиболее значимо: захватчики сохраняли листья и продолжали фотосинтез почти на четыре недели дольше осенью, чем их местные родственники, которые начинают отключаться между концом августа и серединой сентября.

"Продлённая листовая активность, которую мы обнаружили у захватчиков, редко наблюдается у местных видов, обитающих в листопадных лесах", — говорит Фридли.

Растения в исследовании имели отдельную эволюционную историю, по крайней мере, с эпохи плейстоцена (11 400 — 2 млн лет назад). Климатические условия на североамериканском континенте были холоднее, с большим ледовым покровом, чем в Азии. Местные виды адаптировались к более короткому вегетационному сезону, извлекая азот из листьев для хранения в стеблях, что вызывало побурение и опадение листьев.

"Захватчики, по-видимому, не запасают столько азота", — отмечает Фридли. — "Их листья опадают с более высоким содержанием азота. Возможно, инвазивные виды лучше приспособлены к потеплению климата".

Это поднимает вопрос: как захватчики восполняют весной азот, который осенью падает на лесную подстилку?

"Одна из гипотез, — говорит Фридли, — заключается в том, что захватчики эволюционировали, завися от дождевых червей, разлагающих листья и делающих азот доступным для растений весной".

Местные растения не эволюционировали вместе с дождевыми червями, поскольку местные черви не пережили оледенение.

"Евразийские дождевые черви вторглись в Северную Америку в какой-то момент в прошлом", — говорит Фридли. — "Вполне вероятно, что, сосуществуя с червями, захватчики разработали стратегию использования питательных веществ, не зависящую от их повторного поглощения из листьев".

Более широкий вопрос для учёных: как увеличение количества богатой питательными веществами листовой подстилки влияет на экосистему лесной подстилки в целом?

"Возможно, продлённый вегетационный сезон неродных кустарников в листопадных лесах может быть основным драйвером антропогенных изменений экосистем в восточной части Северной Америки, которые по своему воздействию на лесные процессы могут соперничать с изменением климата", — заключает Фридли.