Глобальное потепление может изменить ход эволюции

Повышение уровня углекислого газа, связанное с глобальным потеплением, может повлиять на взаимодействие растений и насекомых, которые ими питаются, изменяя ход эволюции растений, как показывают исследования Мичиганского университета.

Исследование было сосредоточено на влиянии повышенного содержания CO₂ на обыкновенный ваточник (Asclepias syriaca). Как и многие растения, ваточник производит токсичные или горькие химические соединения для защиты от насекомых. Эти химические защиты — результат долгой истории взаимодействия растений и насекомых, таких как гусеницы монарха.

Защитные механизмы растений и пищевое поведение насекомых также реагируют на факторы окружающей среды, включая рост CO₂. Это означает, что повышенный уровень углекислого газа может повлиять на эволюцию растений, изменяя "давление отбора", которое насекомые-фитофаги оказывают на растения.

Давление отбора — движущая сила эволюции, вызывающая изменения в генетическом составе популяции. Если насекомые наносят растениям слишком большой ущерб, растения не могут успешно размножаться. В такой ситуации преимущество получают растения, которые случайно унаследовали признаки, отпугивающие насекомых. Благодаря этому преимуществу такие признаки, под "давлением" насекомых, могут распространиться в популяции.

Исследователи Рэйчел Ваннетт и Марк Хантер изучили, будут ли разные генетические "семейства" ваточника из одной популяции в Северном Мичигане по-разному реагировать на повышение уровня CO₂ в атмосфере, и как эти реакции могут повлиять на вероятность поедания растений насекомыми.

"В частности, мы изучили реакцию растений ваточника на повышенный CO₂ с точки зрения роста, бесполого размножения и производства химических и физических защитных механизмов", — сказала Ваннетт. Хотя все растения увеличивались в размерах в ответ на повышенный CO₂, и все семейства показали сходный рост и репродуктивные реакции, они по-разному отреагировали на повышенный CO₂ в производстве химической и физической защиты от насекомых.

В частности, различалось их производство сердечных ядов — карденолидов. В то время как некоторые семейства растений в ответ на повышенный CO₂ увеличили производство карденолидов, большинство — снизило его на целых 50%.

"Это большая разница, если вы гусеница", — отметила Ваннетт, аспирант в исследовательской группе Хантера. Поскольку насекомые, питающиеся ваточником (включая гусениц монарха), тщательно выбирают растения-хозяев на основе концентрации в них токсичных соединений, эти специализированные насекомые могут выступать агентами отбора для ваточника.

Смещению от химической защиты противостоял сдвиг в сторону физической защиты и устойчивости. "Листья растений становились жестче, и они лучше переносили повреждения гусеницами — быстрее отрастали", — пояснила Ваннетт.

В совокупности результаты свидетельствуют, что в ответ на повышенный CO₂ генетически обусловленные различия в защитных механизмах растений и изменяющиеся в результате взаимодействия "растение-насекомое" могут влиять на то, как растения адаптируются к изменяющемуся климату.

Помогут или навредят монархам меняющиеся стратегии защиты растений?

"Мы пока не знаем, — сказала Ваннетт, — но это вопрос, который мы исследуем".

Результаты опубликованы в мартовском номере журнала Global Change Biology.