Все биологические существа на Земле нуждаются в энергии для построения своей физической структуры из молекулярных компонентов, а также для перемещения, поведения, воспроизводства и другой жизнедеятельности. Конечным источником новой и пополняющей энергии является солнечный свет. Но поскольку только зеленые растения и несколько водорослей могут улавливать солнечную энергию и преобразовывать ее в "био-валюту" химических связей, они являются основными производителями в большинстве природных экосистем, а остальные прямо или косвенно полагаются на них в нашей жизни.
Рассмотрение биоразнообразия в отношении болезней растений должно включать как растения и их патогенные микроорганизмы, так и насекомых, которые во многих случаях являются переносчиками некоторых патогенных микроорганизмов растений. Некоторые факторы и угрозы биоразнообразию затрагивают все три аспекта.
Например, изменения в экосистемах и землепользовании (например, в сельском хозяйстве, добыче полезных ископаемых, торговле и транспорте) могут изменить географический ареал распространения растений, микробов и членистоногих, создав новые структуры сообществ и зоны пересечения, а также повысить риск возникновения или распространения инфекционных заболеваний растений, как это происходит у людей и животных. Даже программы, направленные на борьбу с болезнями, могут угрожать биоразнообразию.
Зависимость от растений
Люди зависят от растений не только в том, что касается пищи для себя и нашего скота. Мы нуждаемся в их волокне для одежды и жилья, и мы изучаем их потенциал для обеспечения нас возобновляемыми источниками биотоплива.
На протяжении столетий люди использовали более 7000 видов растений, некоторые из которых были получены от природы, но большинство из них были одомашнены и модифицированы путем селекции растений для удобного и экономически эффективного производства, сбора и переработки.
В странах, где сельскохозяйственные культуры обычно выращиваются как высокоурожайные монокультуры для поддержки современных производственных технологий, генетическое разнообразие имеет решающее значение для устойчивости перед лицом многочисленных угроз, которые могут повлиять на подгруппу видов в любой данный момент времени.
В настоящее время человечество зависит только от четырех видов:
- риса
- пшеницы
- кукурузы
- картофеля
Эти виды служат для удовлетворения почти двух третей наших потребностей в энергии для производства продовольствия.
Генетическое разнообразие в рамках таких культивируемых видов, включая их предшественников и ближайших соседей, имеет важнейшее значение для долгосрочной продовольственной и волоконной безопасности не только для прямого потребления, но и в качестве источников зародышевой плазмы для улучшения сортов и адаптации в изменяющемся мире.
Влияние растений на заболевания
Каким образом разнообразие растений влияет на восприимчивость к заболеваниям?
Существует нелинейная, сложная взаимосвязь между средой обитания, биоразнообразием и болезнями, и имеющиеся данные подтверждают две противоположные гипотезы.
Эффект разбавления утверждает, что разнообразие растений увеличивает пространство между отдельными представителями вида, тем самым снижая риск заболевания.
Монокультуры, будучи высоко искусственной средой обитания, радикально изменяют микроклимат и более подвержены большим потерям, поскольку если одно растение восприимчиво, то все они подвержены.
Заболевания и заражения насекомыми могут быть менее опасными в районах, где все еще практикуются смеси сельскохозяйственных культур. В эффекте амплификации разнообразие увеличивает риск заболевания либо потому, что оно приводит к увеличению количества источников прививок для фокусного растения, либо потому, что оно рассматривает случаи неоптимальных популяций насекомых.
Эти две гипотезы не являются взаимоисключающими. Скорее, их можно рассматривать как конец континуума.
Каждое отдельное растение поддерживает примерно 30 других видов, в основном микробов и насекомых. Многие из них являются патогенами, но другие являются синергетиками и соразмерно закрепляют азот, приобретают и совместно используют минералы и воду из окружающей среды, производят стимулирующие рост растений вещества и противомикробные препараты.
Поэтому микробное биоразнообразие является ключевым фактором устойчивости растений, как в природных, так и в управляемых экосистемах. Мы относительно мало знаем о микробах, населяющих местные растения и о том, как они взаимодействуют со своими хозяевами, но ищущие их исследователи редко не находят микробов в диких растениях. Например, целый ряд вирусов и грибов был обнаружен у бессимптомных видов трав в северо-центральной Оклахоме.
Могут ли микробы, живущие в местных растениях, перейти на близлежащие виды сельскохозяйственных культур?
Или же сельскохозяйственные патогены, связанные с культивируемыми видами, уйдут к диким родственникам?
Популяции болезнетворных микроорганизмов с несколькими видами растений более тесно связаны между собой, и динамика растительного сообщества может измениться. Виды растений с большей сопротивляемостью заболеваниям могут служить резервуарами для более восприимчивых видов.
В завершение хотел бы сказать, что помимо своей ключевой роли в природных условиях, микробное биоразнообразие также играет важную роль для успешного ведения сельского хозяйства. "Хорошие" микробы намеренно используются в растениях для биоконтроля заболеваний, фиксации азота, стимулирования роста растений и других выгод.
Кроме того, усилия по улучшению сельскохозяйственных культур, будь то путем традиционной или маркерной селекции, или генетической модификации, зависят от наличия различных и релевантных штаммов патогенов для скрининга сортов и оценки устойчивости к заболеваниям.
