Study provides first evidence of co

Study provides first evidence of coevolution between invasive, native species

June 28, 2012



Invasive species such as kudzu, privet and garlic mustard can devastate ecosystems, and, until now, scientists had little reason to believe that native plants could mount a successful defense.

A new University of Georgia study shows that some native clearweed plants have evolved resistance to invasive garlic mustard plants—and that the invasive plants appear to be waging a counterattack. The study, published in the early edition of the journal Proceedings of the National Academy of Sciences, is thought to provide the first evidence of coevolution between native and invasive plant species.

"The implications of this study are encouraging because they show that the native plants aren't taking this invasion lying down," said study author Richard Lankau, assistant professor of plant biology in the UGA Franklin College of Arts and Sciences. "It suggests that if you were to take a longer view—a timescale of centuries—that exotic species could become integrated into their communities in a way that is less problematic for the natives."

Garlic mustard (Alliaria petiolata) was introduced to the U.S. from Europe roughly 150 years ago first in New York and Virginia and then to the Chicago area. The noxious plant continues to spread rapidly throughout the Northeast, Midwest and Southeast. "It's a pretty well-hated plant," Lankau said, because it can form dense carpets in forest understories and, even after being physically removed from an area, can reestablish itself within a year.

Much of the plant's success is a result of the chemical warfare it wages with a compound known as sinigrin, which kills fungi that help native plants extract nutrients from the soil. The chemical is relatively new to North America, and this novelty gives garlic mustard a huge competitive advantage.

Through a series of greenhouse and field experiments conducted over three years in five states, Lankau has shown that invasive garlic mustard produces more sinigrin in areas where more local plants are present. He found that native clearweed (Pilea pumila) plants, which were chosen for the study because they occupy the same forest understory habitat, show higher levels of resistance to sinigrin in areas where the two species have a longer history of coexistence.

"It looks like the native plants have evolved in response to the traits of the invader," Lankau said.

In addition to transplanting clearweed seeds back to their sites of origin, Lankau also planted them in all of the other study sites and monitored their growth. Each site has its unique soil chemistry and climate, and Lankau said he expected the plants to exhibit a home-field advantage. Instead, he found that native plants resistant to the invader did best in heavily invaded sites, regardless of where they originated. Surprisingly, he found that plants resistant to sinigrin actually did worse than their less-resistant-plant counterparts in areas where there was little or no garlic mustard.

"It's not all good for those populations that are evolving tolerance," Lankau said. "Because they are less successful in the absence of garlic mustard, their resistance to the invasive species comes at a cost."

Taken together, the findings suggest that the native and invasive species could reach equilibrium over a long period of time. Lankau said the study also raises the possibility that humans can help speed the adaptation of ecosystems to invasive species. He explained that removing invasive species and replanting natives often results in failure but replacing invasive species with native plants from an area where the plants have had time to adapt to the invader could be more effective. Rather than replanting clearweed from a recently invaded site in Michigan, for example, land managers could use plants from New York that are more likely to be resistant to garlic mustard.

"When people talk about evolution, it's usually in the past tense," Lankau said. "But one of the important messages from this study is that it's an ongoing process that can happen fast. And this study suggests that we might be able to jumpstart that process through evolutionarily informed management."

Provided by: University of Georgia

Kết quả (Việt) 1:

Nghiên cứu cung cấp bằng chứng đầu tiên của coevolution giữa loài xâm lấn, có nguồn gốcNgày 28 tháng 9 năm 2011 Loài xâm hại như Sắn dây, privet và tỏi mustard có thể tàn phá hệ sinh thái, và cho đến nay, các nhà khoa học đã có ít lý do để tin rằng cây bản địa có thể gắn kết một phòng thủ thành công.Một nghiên cứu mới của đại học Georgia cho thấy rằng một số thực vật bản địa clearweed đã tiến hóa sức đề kháng để thực vật xâm hại tỏi mustard- và các loài thực vật xâm hại dường như tiến hành một cuộc phản công. Nghiên cứu, xuất bản trong các ấn bản đầu tiên của tạp chí Proceedings của học viện Khoa học quốc gia, được cho là cung cấp bằng chứng đầu tiên của coevolution giữa loài thực vật bản địa và xâm lấn."Những tác động của nghiên cứu này được khuyến khích bởi vì họ thấy rằng các cây bản địa không tham gia cuộc xâm lược này nằm xuống," cho biết tác giả nghiên cứu Richard Lankau, trợ lý giáo sư sinh học thực vật UGA Franklin trường cao đẳng nghệ thuật và khoa học. "Nó cho thấy rằng nếu bạn đã có một cái nhìn dài-một mặt trăng của thế kỷ-loài kỳ lạ có thể trở nên tích hợp vào cộng đồng của họ trong một cách đó là ít có vấn đề cho những người bản địa."Tỏi mustard (Alliaria petiolata) đã được giới thiệu đến Mỹ từ châu Âu khoảng 150 năm trước đầu tiên ở New York và Virginia và sau đó đến khu vực Chicago. Nhà máy độc hại tiếp tục lây lan nhanh chóng trong suốt phía đông bắc, Midwest và về phía đông nam. "Đó là một thực vật khá tốt ghét" Lankau nói, bởi vì nó có thể tạo thành thảm dày đặc trong rừng understories và, ngay cả sau khi được thể chất bị loại bỏ từ diện tích, có thể thiết lập lại chính nó trong vòng một năm.Phần lớn thành công của nhà máy là một kết quả của vũ khí hóa học lương với một hợp chất được gọi là sinigrin, mà giết chết nấm giúp thực vật bản địa trích xuất các chất dinh dưỡng từ đất. Hóa chất là tương đối mới cho Bắc Mỹ, và mới lạ này cho tỏi mustard một lợi thế cạnh tranh rất lớn.Thông qua một loạt các hiệu ứng nhà kính và lĩnh vực thí nghiệm tiến hành hơn ba năm trong năm tiểu bang, Lankau đã chỉ ra rằng xâm lấn tỏi mustard tạo ra thêm sinigrin trong khu vực nơi thêm nhà máy địa phương có mặt. Ông thấy rằng nhà máy (Pilea pumila) bản xứ clearweed, đã được chọn cho nghiên cứu, bởi vì họ chiếm môi trường cùng một loài rừng, Hiển thị các cấp độ cao hơn của kháng chiến để sinigrin trong khu vực nơi hai loài có một lịch sử dài hơn của cùng tồn tại."Có vẻ như các loài thực vật bản xứ đã phát triển để đáp ứng với các đặc điểm của kẻ xâm lược" Lankau nói.Ngoài việc cấy clearweed hạt quay lại trang web của họ nguồn gốc, Lankau cũng trồng chúng trong tất cả các trang web nghiên cứu khác và theo dõi sự tăng trưởng của họ. Mỗi trang web có hóa học độc đáo đất và khí hậu của nó, và Lankau cho biết ông dự kiến các nhà máy triển lãm một lợi thế nhà trường. Thay vào đó, ông thấy rằng cây bản địa kháng với kẻ xâm lược đã làm tốt nhất trong các trang web rất nhiều xâm lược, bất kể nơi họ có nguồn gốc. Đáng ngạc nhiên, ông thấy rằng nhà máy đề kháng với sinigrin thực sự còn tồi tệ hơn đối tác của họ ít khả năng kháng thực vật tại các khu vực nơi có ít hoặc không có mù tạt tỏi."Nó không phải là tất cả tốt cho những người dân đang phát triển lòng khoan dung," Lankau nói. "Bởi vì họ là không thành công trong sự vắng mặt của tỏi mustard, khả năng chống các loài xâm hại đi kèm với một chi phí."Lấy nhau, những phát hiện cho thấy rằng các loài bản địa và xâm lấn có thể đạt được cân bằng trong một khoảng thời gian dài của thời gian. Lankau cho biết nghiên cứu cũng làm tăng khả năng mà con người có thể giúp tăng tốc độ thích ứng của hệ sinh thái để loài xâm hại. Ông giải thích rằng loại bỏ các loài xâm hại và đã người bản địa thường kết quả trong sự thất bại nhưng thay thế loài xâm hại với các thực vật bản địa từ một khu vực nơi mà các nhà máy đã có thời gian để thích ứng với kẻ xâm lược có thể hiệu quả hơn. Thay vì đã clearweed từ một trang web mới xâm lược thuộc Michigan, ví dụ, đất quản lý có thể sử dụng thực vật từ New York mà có nhiều khả năng được kháng với tỏi mustard."Khi mọi người nói về sự tiến hóa, nó thường là trong quá khứ," Lankau nói. "Nhưng một trong những thông báo quan trọng từ nghiên cứu này là nó là một quá trình liên tục có thể xảy ra nhanh chóng. "Và nghiên cứu này cho thấy rằng chúng tôi có thể để khởi động quá trình thông qua tiến hóa thông tin quản lý."Cung cấp bởi: Đại học Georgia