Ритм природы: зачем деревья делают паузы в плодоношении

В новом исследовании проанализированы механизмы мастинга — неравномерного плодоношения деревьев.

Учёные предложили дополнительные объяснения этого природного явления.

Эволюционный ход: зачем нужен перерыв в плодоношении? Иллюстрация: ECOportal.su / ИИ

Коротко о главном

• Мастинг (массовое семеношение) — это цикличное плодоношение деревьев: несколько лет слабого семеношения сменяются годом обильного урожая.
• Помимо известных объяснений мастинга (насыщение семенных хищников, повышение эффективности опыления), учёные предложили новый механизм — защиту от патогенов.
• Временной разрыв между массовым появлением семян и пиком заражения снижает инфекционную нагрузку: патогены «не успевают» отреагировать на резкий рост числа хозяев.
• Математические модели подтвердили: интенсивность заражения достигает максимума уже после года массового семеношения.

Мастинг может быть эволюционной стратегией, помогающей деревьям минимизировать воздействие патогенов и повысить выживаемость потомства.

Многие виды деревьев размножаются неравномерно: несколько лет подряд они производят сравнительно мало семян, а затем одновременно дают особенно обильный урожай. Такое явление называют массовым семеношением, или мастингом. При этом интенсивное размножение имеет отложенную цену для дерева, поэтому одной только доступностью ресурсов объяснить такую стратегию нельзя.

До сих пор среди основных адаптивных объяснений мастинга рассматривались насыщение семенных хищников и повышение эффективности опыления. В годы массового семеношения семян становится настолько много, что хищники не успевают съесть значительную их долю. Одновременное цветение большого числа деревьев также может повышать вероятность успешного опыления.

Гипотеза об уходе от патогенов

Исследователи Т. Джонатан Дэвис и Айлин Макферсон предложили рассматривать ещё один возможный механизм — уход от патогенов. Их работа опубликована в журнале Current Biology.

Авторы предлагают сходный механизм для взаимодействия растений с болезнетворными организмами. Патогены могут вызывать массовую гибель семян, проростков и взрослых растений. Если в течение нескольких лет количество доступных хозяев остаётся небольшим, численность патогенов также может снижаться. После этого массовое производство семян создаёт кратковременный избыток хозяев, но не обязательно приводит к пропорциональному росту инфекции.

Важную роль здесь играет временной разрыв между численностью семян и интенсивностью заражения. В математической модели с прямой передачей инфекции давление патогена снижалось в годы слабого семеношения, когда ему не хватало восприимчивых хозяев. В год массового урожая количество семян резко возрастало, однако инфекционная нагрузка увеличивалась с задержкой. В результате семена, произведённые в такой год, могли оказаться в относительно благоприятном положении.

В другой модели учёные рассмотрели грибного патогена, который заражает семена из окружающей среды. Заражённые проростки погибали, а гриб выделял споры, способные инфицировать семена следующего года. Расчёты показали, что интенсивность заражения достигала максимума сразу после года массового семеношения, тогда как во время самого массового урожая она была наиболее низкой.

Выводы и перспективы исследований

Таким образом, массовое семеношение может не только уменьшать среднюю инфекционную нагрузку в популяции, но и создавать рассинхронизацию между моментом появления большого количества семян и максимальным давлением патогенов. Именно такая рассинхронизация потенциально способна давать эволюционное преимущество деревьям, использующим стратегию мастинга.

Авторы подчёркивают, что пока это гипотеза, основанная на математических моделях, а не установленный универсальный механизм. Для её проверки необходимы данные о смертности семян, вызванной патогенами, в годы массового и слабого семеношения. Дополнительные эксперименты с добавлением и удалением семян позволили бы отделить влияние патогенов от межгодовых изменений климата и доступности ресурсов.

Исследователи также отмечают, что происхождение мастинга, вероятно, не объясняется одним фактором. Доступность ресурсов, взаимодействие с хищниками, опылителями и патогенами могут действовать одновременно и усиливать друг друга. Поэтому патогены, по их мнению, следует учитывать среди возможных факторов, сформировавших необычный ритм размножения многих растений.

Источник: ecoportal.su