Экосистемы серпентинитов проливают свет на природу адаптации и видообразования растений

Растения, обитающие на необычных почвах, например, крайне бедных необходимыми питательными веществами, помогают понять механизмы адаптации, естественного отбора и эндемизма. Фундаментальная статья Артура Крукберга 1951 года об эндемизме растений на серпентинитах заложила прочную основу для будущих исследований связи между естественным отбором и видообразованием. Недавняя статья в American Journal of Botany (AJB) посвящена влиянию этой работы на последующие исследования локальной адаптации, эволюционных путей и взаимосвязи климата, почв и эндемизма.

В рамках серии обзорных статей к столетию журнала, Брианна Анакер (Калифорнийский университет в Дэвисе) оценивает влияние статьи Крукберга 1951 года на современное понимание эволюции и экологии растений.

В своей классической работе Крукберг сообщил о результатах реципрокных (взаимных) пересадочных экспериментов и сформулировал несколько обобщений о конкуренции растений, локальной адаптации и видообразовании. Он показал, что сильное давление отбора на серпентинитовых почвах — для которых характерен дефицит необходимых питательных веществ и воды, а также высокое содержание тяжелых металлов — может приводить к формированию почвенных экотипов (генетически обособленных разновидностей растений). Это представляет собой возможный первый шаг в эволюции серпентинитового эндемизма (т.е., растений, встречающихся только на серпентинитовых почвах). Эти важные первоначальные выводы стимулировали последующие исследования по определению признаков растений (от молекулярных до организменных), лежащих в основе адаптации к серпентинитам.

Анакер обращает внимание на второй значительный вклад статьи Крукберга — исследование исторического происхождения эндемичных видов, таких как обитатели серпентинитов. Она поясняет, что эндемичные виды, как считается, возникают двумя путями: неоэндемики — виды, сформировавшиеся относительно недавно от близких таксонов-предшественников, и палеоэндемики — виды, сформировавшиеся после вымирания популяций в специфичных местообитаниях. Крукберг рассматривал серпентинитовые экотипы как первую ступень на пути к палеоэндемизму. Хотя это стимулировало множество исследований, Анакер отмечает, что несколько серпентинитовых эндемиков, по-видимому, произошли от близких таксонов-предшественников, а значит, путь неоэндемизма также, вероятно, важен.

Интересно, что эксперименты Крукберга также показали, что многие серпентинитовые экотипы на самом деле лучше росли на обычных почвах, чем на серпентинитовых. Это ставит вопрос: почему адаптированные к серпентинитам растения не встречаются и на обычных почвах? Анакер указывает, что Крукберг был одним из первых, кто предположил, что ключевую роль в специализации к серпентинитам может играть конкуренция. Она также подчеркивает, что недавние исследования показывают: серпентинитовые виды, как правило, являются медленнорастущими организмами, толерантными к стрессу, а не быстрорастущими конкурентными доминантами. Их адаптации для большей засухоустойчивости ставят их в невыгодное положение на почвах, где вода и питательные вещества не лимитированы.

Хотя экосистемы серпентинитов — особые и уникальные среды, Крукберг и последующие исследователи показали, насколько важны эти системы для понимания более широких аспектов экологии и эволюции растений.