En un experimento a largo plazo con ambrosía, los investigadores observaron cambios en los rasgos morfofuncionales de la maleza invasora durante una década.
En un artículo de un equipo internacional de investigadores de Serbia, Israel e Italia, los autores advierten que vale la pena prepararse para una propagación más agresiva de la peligrosa hierba: la ambrosía.
Por qué se necesitan sistemas para predecir las invasiones biológicas de malezas
Las invasiones biológicas, un componente importante del cambio global, tienen consecuencias negativas para la estructura, el funcionamiento y la dinámica de los ecosistemas.
El éxito de las invasiones biológicas depende del potencial de la especie para colonizar nuevos hábitats (por ejemplo, alta eficiencia de dispersión, estabilidad del banco de semillas y densidad de población) y de su competitividad con las especies de plantas nativas (por ejemplo, crecimiento rápido de las plantas en términos de mayor producción de biomasa). y alta capacidad de regeneración).
En general, el impacto de las invasiones biológicas en una comunidad residente depende tanto de las características biológicas del invasor como de las características de la comunidad invadida.
En particular, los estudios genéticos han demostrado que muchas especies invasoras demuestran una adaptación bastante rápida a nuevas condiciones, ocurriendo en menos de 20 generaciones.
Sin embargo, las diferentes tasas de evolución adaptativa entre las especies invasoras hacen que sea difícil predecir la posible expansión del área de distribución de la especie, especialmente porque este aspecto no ha sido considerado en gran medida hasta hace poco.
Estudios recientes han intentado dilucidar cómo el cambio evolutivo depende de la plasticidad fenotípica, ya que el éxito de una especie invasora a menudo se ha atribuido a un genotipo generalista que produce un fenotipo adecuado en diferentes entornos, lo que implica un alto nivel de plasticidad fenotípica.
Se ha informado que los rasgos plásticos evolucionan durante la invasión, por lo que la invasión puede ser promovida tanto por la plasticidad como por cambios evolutivos en la plasticidad.
Sin embargo, sólo unos pocos estudios han documentado divergencia de rasgos en poblaciones naturales después de observar gradientes de plasticidad en las mismas poblaciones. Específicamente, la hipótesis de la plasticidad primero predice que la plasticidad fenotípica puede promover un cambio evolutivo adaptativo, creando poblaciones con mayor aptitud en diferentes condiciones ambientales dentro del rango de una especie (estresantes o novedosas).
Con el tiempo, los cambios de rasgos modulados ambientalmente pueden optimizarse mediante la adaptación genética (es decir, la selección).
En este marco, durante un período de cambio climático, se predice que muchas especies exóticas invasoras estarán en proceso de adaptación por un corto tiempo, lo que puede conducir a un aumento de poblaciones con mejor aptitud.
A su vez, la plasticidad de rasgos puede dar a las especies exóticas invasoras una ventaja competitiva sobre las especies nativas, aumentando su impacto en los ecosistemas.
Por lo tanto, algunos rasgos de las plantas pueden ser modulados por nuevas condiciones ambientales (para especies que colonizan nuevas áreas) a través de la plasticidad fenotípica y pueden ser responsables del éxito de la invasión de especies exóticas.
Dadas preguntas tan importantes, se necesita más investigación para predecir cómo se comportarán las especies invasoras y se adaptarán a las nuevas condiciones ambientales. En particular, durante las invasiones biológicas, las especies tienden a extenderse por áreas grandes y climáticamente diversas.
Por lo tanto, predecir cómo responderán las plantas a nuevas áreas debe entenderse en términos de la adaptación de las poblaciones locales a las nuevas condiciones. La temperatura, en particular, puede afectar a las plantas directamente, así como indirectamente a través de factores ambientales que cambian con la temperatura.
Ambrosía Trifidum se adapta rápidamente para aumentar la producción de semillas
Ambrosia trifida L. es una de las especies de plantas exóticas más dañinas de Europa. Es originaria de América del Norte, y hoy en día se encuentra en casi todas las provincias de Estados Unidos y Canadá, con menor presencia en la parte occidental del continente.
La maleza se ha introducido ampliamente en Europa y se ha informado en muchas regiones de Europa y Asia. Ambrosia tripartita se encuentra principalmente en fase de naturalización con tendencia a extenderse a nuevos territorios. En Europa Central, se han registrado poblaciones de la especie en grandes áreas durante la fase de expansión.
Se sabe que la especie es muy variable morfológica y genéticamente y muy competitiva por los recursos y el espacio. De hecho, es una de las primeras especies de plantas que aparecen a principios de primavera. A finales de mayo, las plantas pueden alcanzar una altura de hasta 4 m, por lo que a esta especie se le llama ambrosía gigante. La maleza utiliza agua y nutrientes del suelo de manera muy eficiente y, por lo tanto, afecta la disponibilidad de recursos naturales necesarios para el crecimiento y desarrollo de otras especies de plantas.
Como maleza agrícola, la ambrosía puede causar importantes pérdidas de rendimiento en algunos cultivos. Algunos estudios reportan pérdidas de rendimiento del maíz y la soja del 13% y el 50%, respectivamente, con sólo una planta de A. trifida por metro cuadrado. Los científicos también encontraron una pérdida del 60% en el rendimiento del maíz con 14 plantas de A. trifida /10 m2.
Además, en hábitats no agrícolas, la ambrosía puede afectar negativamente la biodiversidad de la flora y la vegetación nativas al suprimir especies nativas, no nativas, raras y en peligro de extinción. Por último, el polen de las malas hierbas es una fuente importante de aeroalérgenos.
A pesar de su potencial de invasión, los estudios sobre el potencial adaptativo y la plasticidad de A. trifida son escasos. Estudios anteriores han examinado principalmente el impacto negativo de la maleza en la producción agrícola, la resistencia a los herbicidas y su distribución en Europa.
“En este artículo, analizando las características ecológicas de A. trifida , planteamos la hipótesis de que el tiempo de residencia de sus poblaciones en la zona invadida podría facilitar la adaptación de la especie al nuevo entorno al alterar los rasgos morfofuncionales asociados con la invasividad para maximizar la aptitud de la planta. En particular, basándonos en la evidencia científica del alto nivel de plasticidad fenotípica de A. trifida , planteamos la hipótesis de que el ambiente invasivo inicial provocó un fenotipo caracterizado por rasgos que permitieron a la especie satisfacer sus necesidades, las cuales, con el tiempo y bajo las mismas condiciones ambientales. condiciones, se volvió heredable.” escriben los autores del artículo.
Un experimento a largo plazo con el tripartito de ambrosía confirmó los peores temores
Para probar la hipótesis, los investigadores estudiaron los rasgos morfofuncionales de plantas de A. trifida de 10 poblaciones de semillas recolectadas de la misma zona agrícola durante 10 años consecutivos (2011 a 2020). Los cambios de rasgos detectados a diferentes temperaturas bajo condiciones controladas y en el campo se procesaron estadísticamente para determinar la influencia del tiempo de residencia en la evolución de la plasticidad fenotípica de A. trifida y evaluar su potencial adaptativo local.
Se recolectaron semillas de una zona agrícola en Central Bačka (provincia de Vojvodina), República de Serbia, cada año entre 2011 y 2020. Se recolectaron semillas en su madurez (otoño) de al menos 100 plantas madre diferentes (anualmente), luego se transportaron al laboratorio y se almacenaron a temperatura ambiente (20 a 23°C) hasta su uso. Para determinar los cambios en los rasgos morfofuncionales de plantas cultivadas a partir de 10 poblaciones de semillas, en 2021 se realizó un experimento de laboratorio en el Instituto de Protección Vegetal y Medio Ambiente (Belgrado), así como un experimento de campo en una granja cerca de Dobrich, República de Serbia.
Se probaron las 10 semillas de A. trifida para determinar su germinación y crecimiento en condiciones controladas. Para romper el estado de latencia, las semillas fueron sometidas a un tratamiento de estratificación en tres etapas: baja temperatura (4 °C/7 días), alta temperatura (40 °C/2 días) y nuevamente baja temperatura con la adición de KNO3. nitrato de potasio (4 °C/7 días).
Las pruebas de germinación se realizaron en sustrato de suelo (10 semillas/maceta) a tres temperaturas diferentes durante 28 días y se repitieron tres veces: 10 °C, 20 °C y 25 °C. Estas temperaturas se eligieron con base en la literatura que indica que la germinación de A. trifida ocurre en el rango de temperatura de 5 a 41 °C, con una tasa máxima de germinación a 20 °C y una óptima entre 10 y 25 °C.
Así, se seleccionaron tres temperaturas, siendo 20 °C el pico de máxima germinación, y 10 y 25 °C los óptimos inferior y superior. En cuanto a 10°C, esta temperatura se eligió específicamente también porque se ha observado que A. trifida es una de las primeras malezas anuales de verano que emerge a esta temperatura del suelo a principios de la primavera.
Además, probar diferentes temperaturas puede resaltar la capacidad de una especie para adaptarse a diferentes climas, como ya se ha observado con la ambrosía.
Luego se usaron semillas germinadas para probar el crecimiento y desarrollo de las plantas a tres temperaturas diferentes (10°C, 20°C, 25°C) en tres cámaras de crecimiento con fotoperiodos e intensidades de luz idénticos (16/8 h luz/oscuridad). Se utilizaron 150 macetas (3 temperaturas × 5 repeticiones por año × 10 años). Las macetas se colocaron en un orden completamente aleatorio y se rotaron semanalmente para minimizar la variación espacial. Las semillas se plantaron a 0,5 cm de profundidad en cada maceta y se regaron regularmente.
Después de la germinación, se cultivó una plántula en cada maceta durante aproximadamente 2 meses para cada tratamiento. El experimento comenzó el 12 de abril y en tres fechas consecutivas (3 de mayo, 24 de mayo y 14 de junio) se registraron las siguientes características de las plantas: altura máxima de la planta (cm), número de hojas por planta, ancho máximo de la planta (cm), biomasa de raíces húmedas y secas (g) y biomasa vegetal seca total (g).
El experimento de campo se llevó a cabo de abril a octubre de 2021 (Dobrich, Serbia) en un campo en barbecho donde no se había sembrado ningún cultivo durante más de siete años.
El experimento se realizó en un diseño de bloques completamente al azar con tres repeticiones desde 2011 a 2020. Cada año, las semillas se sembraron en tres parcelas de 1 m 2 × 1 m 2 y se cultivaron a una densidad de cinco plantas por metro cuadrado. Las densidades de plantas objetivo se mantuvieron mediante el raleo de la vegetación espontánea que crecía en las parcelas cada 7 a 10 días durante toda la temporada. Durante el crecimiento se recolectaron los siguientes datos sobre rasgos vegetativos y reproductivos: altura máxima, ancho, número de hojas, biomasa seca total, número de inflorescencias, número de flores masculinas, número de semillas y peso de las semillas.
“Nuestros resultados muestran que en un experimento de 10 años tanto en una zona agrícola de Serbia, dentro de su área de distribución invasiva, como en condiciones de laboratorio, A. trifida cambió la mayoría de sus rasgos vegetativos y reproductivos, aumentando su productividad con el tiempo. Esto sugiere que la especie se adapta a las condiciones locales mediante el control genético y/o no genético de rasgos fenotípicos básicos. En nuestro experimento, el tiempo de residencia no afectó el tiempo de germinación, pero moduló el desarrollo de la planta, produciendo individuos cada vez más grandes capaces de producir cada vez más semillas. Esta tendencia se observó tanto en experimentos de laboratorio (a tres temperaturas diferentes) como de campo, lo que sugiere una variación de rasgos impulsada por el medio ambiente que se perfeccionó mediante la selección a lo largo del tiempo. De hecho, cuando se modifican para adaptarse a nuevos entornos, las poblaciones que expresan diferentes fenotipos, como se muestra en el caso de A. trifida , tienen más probabilidades de adaptarse rápidamente porque es más probable que estén presentes fenotipos beneficiosos para que la selección continúe”, concluyen los investigadores. .
Los resultados parecen apoyar la hipótesis de que el potencial adaptativo de A. trifida ha aumentado dramáticamente a lo largo de la década, y que en el futuro podemos esperar plantas con mayor productividad y aptitud vegetativa, lo que podría influir significativamente en la distribución de esta especie. Por lo tanto, es necesaria más investigación sobre los mecanismos genéticos implicados en la adaptación de los rasgos de las plantas invasoras.
Basado en un artículo de un grupo de autores (Alexandra Savic, Maor Mazrafi, Sanja Djurovic, Rodolfo Gentili, Sandra Citterio), publicado en la revista Agronomy 2024 en el portal www.mdpi.com.
Foto: Le.Loup.Gris . CC BY-SA 3.0 .
